Проектирование кустореза с клиновидным отвалом

Таблица 1- Технические характеристики трактора Т10М

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ КУСТОРЕЗА

Условие движения кустореза без буксования:

где -сила тяги кустореза по сцеплению, Н.

- сумма сил сопротивлений, возникающих при срезании и перемещении кустов, Н.

где - сцепной вес кустореза.

- коэффициент сцепления, =(0,6-0,9).

Сцепной вес кустореза определяется по формуле:

где - общая масса трактора .

g - ускорение свободного падения, 9.81 (м/сІ).

Сумма сопротивлений, действующие на кусторез, определяются по формуле:

где W1 - сопротивление резанию и перемещению кустов, Н.

W2 - сопротивление движению кустореза, Н.

Рисунок 2- Схема сил действуящая на кусторез

Сопротивление резанию кустов определяется по формуле:

где Рск - сила сопротивления скалыванию кустов, Н.

Рр - сила сопротивления резанию кустов, Н.

Ртр - сила сопротивления рабочего органа кустореза о дерево, Н.

Сопротивление скалывания кустов определяется по формуле:

где - допускаемое напряжение древесины на изгиб, Н.

=180 Н/

Fиз - площадь поперечного сечения кустов подвергающееся изгибу, .

- радиус древесины подвергающееся изгибу.

Сопротивление резанию кустов определяется по формуле:

где - удельное сопротивление дерева резанию в зависимости от типа кустарников. .

Fp - площадь поперечного сечения кустов подвергающееся резанию, .

При этом соблюдается условие Fp = Fиз

Сопротивление трению рабочего органа кустореза о дерево определяется по формуле:

где - коэффициент трения металла о дерево, =0,5.

Сопротивление движению кустореза определяется по формуле:

где f - коэффициент сопротивления движению

i - уклон местности, i= +0,03.

Проверяется условие движения кустореза без буксировки:

Кусторез в процессе работы должен соблюдать условие прямолинейности движения. Для этого необходимо чтобы выполнялось условие:

где Муд - момент удерживающий кусторез на трассе,.

Мпов - момент пытающийся развернуть кусторез, .

Момент удерживающий кусторез на трассе определяется по формуле:

где Вк - величина колеи базового трактора, принимается из зависимости:

где Во - ширина отвала .

Момент пытающийся развернуть кусторез определяется по формуле:

Проверяется условие прямолинейности движения:

Эксплуатационная производительность кустореза определяется по формуле:

где L - длина участка обработки, принимаем L=5 м.

квр - коэффициент использования кустореза во времени.

Тц - время цикла работы кустореза.

где tp -время резания и перемещения кустов.

tпов - время поворота кустореза,

tобс - время обслуживания цикла,

где Vp.x - скорость кустореза при резании,

4. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ

Реакции в местах крепления кронштейнов к отвалу определяются построением эпюр Q и M от сил, действующих на отвал в горизонтальной х и вертикальной z плоскостях.

Рисунок 3 - схема сил, действующие на отвал

В расчетах можно принять длину кронштейна:

l0 - высота отвала, м.

Mu - изгибающий момент в кронштейне.

F- площадь поперечного сечения.

w - момент сопротивления.

b и h - поперечные размеры кронштейна.

[]- допускаемое напряжение на растяжение, []=90 МПа.

Рисунок 4 -Кронштейн

Расчет отвала:

Напряжение, возникающие от действия сил в точке А, определяется по формуле:

где Мux и Muz - изгибающие моменты.

Проверка сечение отвала на прочность по касательным напряжениям определяется по формулам:

где Мкр - крутящий момент

- допускаемое касательное напряение.

Проверка сечения отвала по третьей теории прочности:

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ БАЛКИ

Принимаем h = 15 см, b = 15 см, l = 2 м, F = 8 кН

Из эпюры изгибающих моментов М определяем, что M_max =Fl/4 =4 кНм. Осевой момент сопротивления W_z для прямоугольного сечения определяется по формуле

Используя формулу расчета напряжений при изгибе, находим

На рис. б показана эпюра нормальных напряжений .

Из эпюры поперечных сил (рис. а) находим Q_max = F/2 = 2 кН. Далее определяем осевой момент инерции для прямоугольного сечения

и статический момент отсеченной части поперечного сечения (рис. б)

По формуле находим

Последняя формула показывает, максимальное значение касательного напряжения будет в точках поперечного сечения, расположенных на оси z, т.е. На рис. б показана эпюра касательных напряжений

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТPОВ И ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА

6.1 Выбор номинального рабочего давления

Давление в гидросистеме зависит от типа насоса и назначения данного гидропривода. Давление насоса должно быть тем больше, чем больше нагрузка или мощность приводимого в движение механизма. Малые давления приводят к возрастанию габаритов и веса, но способствуют плавной и устойчивой работе гидропривода; большие давления снижают вес, но усложняют конструкцию и эксплуатацию гидросистем, уменьшают долговечность гидрооборудования.

Чем выше давление, тем выше требования к качеству (класс точности, чистота обработки, материал) сопрягаемых деталей, к жесткости конструкции в целом. При давлениях свыше 20-25 МПа в жидкости могут возникать упругие колебания, вызывающие гидравлические удары в системе, вибрацию подвижных деталей, усложняется уплотнение подвижных и неподвижных соединений.

Поэтому из стандартного ряда назначаем давление Рн=10 МПа.

6.2 Расчет размеров и подбор гидродвигателя. Выбор типа гидродвигателя и определениедавления, реализуемого на нем

Тип гидродвигателя (гидроцилиндр, поворотный гидродвигатель или гидромотор) определяется в соответствии с заданным характером движения выходного звена. От параметров гидродвигателя - номинального давления и номинального расхода в конечном итоге зависят аналогичные параметры насоса.

По заданию вид движения выходного звена - возвратно-поступательное, значит тип гидродвигателя - гидроцилиндр.

Ориентировочное давление в рабочей полости гидродвигателя

где - давление, развиваемое насосом, соответствует номинальному рабочему давлению принятому ранее; Рн=10 МПа;

- гидравлический К.П.Д. системы.

Предварительно его можно принять в пределах 0,7-0,8. Принимаем =0.75.

Для открытой схемы реализуемое гидродвигалем давление составит

6.3 Расчет и подбор гидроцилиндра

Гидроцилиндры могут быть одностороннего действия, когда возвратное движение поршня происходит под действием груза или пружины и двухстороннего,_ когда движение в обоих направлениях осуществляется под действием рабочей жидкости. Во втором случае гидроцилиндры могут иметь односторонний шток, когда скорость возвратного движения не регламентируется, и двусторонний, когда скорость и усилия 2 обоих направлениях должны быть одинаковыми. Указанные обстоятельства должна быть учтены при расчете диаметра поршня. Так как гидроцилиндра с двусторонним штоком, из-за сложности изготовления и увеличения габаритов машины, применяются сравнительно редко, то выбираем гидроцилиндр одностороннего действия.

Рассчитываем диаметр поршня

где - механический К.П.Д. гидроцилиндра, ориентировочное значение его 0.9

По вычисленным значениям Рдв и D c учетом заданного хода поршня S выбираем типоразмер гидроцилиндра [4, стр 359] 4009-4635010.

Техническая характеристика: D=70 мм; Рн=10 МПа; S=140 мм.

Уточненное давление в рабочей полости гидроцилиндра Рдв :

Расход жидкости на гидроцилиндр составит

6.4 Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

Гидроаппаратура служит для изменения параметров потока жидкости (давления, расхода, направления движения) или для поддержания их на заданное уровне. К ней относятся: гидродроссели, гидроклапаны различного назначения, парораспределитель.

При выборе гидроаппаратуры следует исходить из ее местоположения на разработанной принципиальной схеме.

По исходными параметрами для поиска типоразмера гидроаппарата являются номинальное давление в системе РН и номинальный расход Q принимаемый здесь по рассчитанному расходу для гидродвигателя Q дв .

Гидрораспределители по конструкции могут быть крановые и золотниковые (весьма редко - клапанные). Крановые гидрораспределители используются для давлений в системе не выше 10 МПа из-за значительных статических усилий, прижимающих пробку к корпусу и затрудняющих ее поворот. Наиболее широко распространены гидрораспределители золотникового типа. По числу позиций золотника они подразделяются на двух- трex- и четырехпозиционные. Двухпозиционные используются обычно длягидроцилиндров одностороннего действия, Трехпозиционные имеет кроме нейтрального два рабочих положения, при которых напорная линия связывается с одной или другой полостью гидроцилиндра или с одним из двух каналов гидромотора, в зависимости от требуемого направления перемещения выходного звена. В четырехпозиционных, помимо указанных, имеется так называемое плавающие положение, когда напорная линия и обе полости гидроцилиндра связаны с гидробаком. Жидкость при этом может перетекать из одной полости гидроцилиндра в другую.

Для данного гидроцилиндра выбираем трехпозиционный золотник реверсивный с электрогидравлическим управлением. Выбираем типоразмер золотника [4]: Г63-13

Характеристика золотника Г63-13:

Номинальный расход масла - 0,58 дм3/с;

Номинальное давление - 20 МПа;

Потеря давления при номинальном расходе, не более - 0,3 МПа;

Утечки через зазоры золотника при номинальном давлении - 0,005 дм3/с;

При выборе конструкции гидроклапана следует учитывать его функциональное назначение в разрабатываемом гидроприводе: предохранительный, переливной, обратный, редукционный. В данной используется два клапана: переливной и предохранительный.

Выбираем по каталогу клапаны [4]:

- предохранительные и переливные - БГ52-13

Характеристика клапана БГ52-13:

Номинальное давление 5…20 МПа;

Номинальный расход 0,58х10-3 м3/с;

Минимальный рекомендуемый расход 0,08х10-3 м3/с;

Перепад давления на клапане 0,5 МПа;

Утечка масла через клапан -

В качестве отделителей твердых частиц используют фильтры и сепараторы. Качество очистки определяется размером задерживаемых частиц: грубая - до 100 мкм, нормальная - до 10 мкм, тонкая - до 5 мкм, особо тонкая - до 1 мкм. Так как в исходных данных работы размер отделяемых частиц не оговорен, то принимаем нормальную степень очистки (размер частиц до 10 мкм).

Параметрами для подбора типоразмера фильтра являются: наименьший размер задержанных частиц, рабочее давление и пропускная способность (по расходу рабочей жидкости).

В данной гидросистеме фильтр расположен на линии слива. Давление там незначительное. Поэтому по каталогу выбираем фильтр магнитно-сетчатый сдвоенный ФМС-12 [4]. Фильтры такого типа предназначены для очистки от примесей минеральных масел вязкостью до 600 мм2/с.

Характеристика фильтра ФМС-12:

Наименьший размер задерживаемых частиц 5…10 мкм;

Наибольшее рабочее давление 0,6 МПа;

Количество магнитов 6;

Диаметр магнитов 55 мм;

Диаметр фильтрующего сетчатого элемента 50 мм;

Количество фильтрующих элементов 16;

Вес фильтра 4.65 кг;

6.5 Выбор рабочей жидкости

В объемном гидроприводе рабочая жидкость служит в качестве носителя энергии, смазки, а также является охлаждающей средой (отводит тепло из системы). В соответствии с назначением к ней предъявляются ряд требований, которым наиболее удовлетворяют минеральные масла и синтетические (силиконовые) жидкости. При выборе марки рабочей жидкости необходима заданная рабочая температура. По заданию t=40 оС.

Подобранный гидроцилиндр работает на минеральном масле вязкостью 18…60 сСт (мм2/с) при температуре 10 - 50 оС. Рекомендовано использовать масло индустриальное 20 и масло индустриальное 30.

Выбираем масло индустриальное 20 ГОСТ 1707-51. Вязкость 20 сСт при t=50 оС, плотность 890 кг/м3.

6.6 Расчет гидролиний

Гидролинии служат для передачи рабочей жидкости между гидроагрегатами, они связывают вое устройства гидропривода в единую систему (схему). К гидролиниям относятся трубопроводы и каналы в корпусах гидравлических устройств.

При расчете гидролинии определяются ее диаметр и гидравлические потери при движении жидкости;

Определение диаметра трубопровода

Значение диаметра трубопровода необходимо для подбора труб гидролинии, выбора гидроаппаратуры и вспомогательного оборудования, расчета гидравлического сопротивления гидролинии.

Расчет проводится по формуле

где Q - расход жидкости м3/с.В данном расчете его можно принять равным Q дв

-средняя скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с.

Величина скорости принимается по рекомендациям, полученным на основании экономических соображений: с увеличением увеличиваются гидравлические потери, но уменьшается расход материала на изготовление трубопровода, снижается его масса. При давлениях до 5-6 МПа и большой длине гидролинии, когда гидравлическое сопротивление может существенно повлиять на К П Д системы, рекомендуемая скорость 3-4 м/с, при давлениях свыше 10 МПа и малой длине гидролинии, скорость может быть увеличена до 5-6 м/с, во всасывающей линии насоса она не должна превышать 1,5 м/с, а в сливной линии - 2 м/с.

Принимаем для данной гидросистемы один диаметр для всех линий и одну скорость движения жидкости х=3 м/с.

Тогда:

По результатам расчета подбираем промышленную трубу по ГОСТ 8734-75: 10х1,5 (dвн=7 мм);

Уточненная скорость движения жидкости:

Определение гидравлических потерь в гидролинии

В этом расчете учитывают потери по длине и на местных сопротивлениях, используя принцип сложения потерь напора

где - коэффициент трения;

l - длина гидролинии, м;

d- диаметр гидролинии, м;

- коэффициент местного сопротивления;

- плотность жидкости, кг/м3;

- скорость движения жидкости, м/с;

Для определения коэффициента трения необходимо вначале вычислить критерий Рейнольдса

где - коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости, м/с2.

При ламинарном режиме:

Тогда:

Режим движения жидкости - ламинарный (Re < 2320).

Таблица 2 - Местные гидравлические сопротивления

Тогда

6.7 Определение параметров и подбор насоса

Основными параметрами, по которым выбирается типоразмер насоса, являются давление РН и производительность Q н .

Давление (удельная энергия, сообщаемая жидкости в насосе) затрачивается в объемном гидроприводе на выполнение работы гидродвигателем и преодоление гидравлических сопротивлений при передаче жит - кости. При расчете потребного давления указанные величины суммируется

где Рдв - давление на входе в гидродвигатель, Рдв= 3,47 МПа;

- суммарные потери давления в системе, МПа причем

где - гидравлические потери в гидролиниях, МПа

- суммарные потери в гидроагрегатах (дросселе, гидрораспределителей, фильтрах и т.п.), МПa.

Эти потери принимаются по справочным данным при выборе соответствующих гидроаппаратов и вспомогательных устройств.

Тогда:

=0,3+0,5+0,5+0,5=1,8 МПа;

Для определения производительности насоса необходимо сложить расход жидкости на гидродвигатель Q дв и утечки жидкости через неплотности в гидроагрегатах Q ут, то есть

Утечки через неплотности принимаются по справочным данным при выборе соответствующей гидроаппаратуры (гидродросселя, гидрораспределителя, гидроклапанов и т.д.).

По рассчитанным значениям РН и ОН подбирается типоразмер насоса:

Аксиально-поршневой насос типа IID №0,5

Техническая характеристика

Номинальное давление 10 МПа;

Максимальная производительность за 1 об

(рабочий объем насоса), qН 0,003 дм3/с;

Максимальная производительность (подача)

QMAX0,15 дм3/с=0,15х10-3 м3/с;

Частота вращения 2950 об/мин;

Потребляемая мощность (при QMAX) 2,35 кВт

Объемный КПД зо 0,98

Полный КПД зН 0,82

Необходимая частота вращения вала насоса

где qH- рабочий объем насоса, м3;

- объемный КПД.

Тогда:

Мощность, потребляемая насосом (мощность на валу), вычисляется по формуле

где - полный К.П.Д. насоса, по технической характеристике зН=0,82.

Тогда:

6.8 Общий КПД гидропривода

Этот параметр характеризует потери энергии (гидравлические, объемные и механические) при ее передаче в объемном гидроприводе. Он определяется отношением мощности, реализуемой гидродвигателем, к мощности, потребляемой насосом

Тогда:

7. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Согласно ДБН В.2.3 - 4 - 2000 "Автомобильные дороги" сооружению земляного полотна предшествуют подготовительные работы, связанные с расчисткой и осушением участка, перестройкой и переносом коммуникаций, установкой ограждений и устройством подъездных путей.

Параллельное проведение подготовительных и земляных работ.

Вырубку леса и кустарника на полосе отвода земли для строительства автомобильной дороги следует выполнять в пределах, определяемых проектом производства работ.

В проекте организации строительства и проекте производства работ оговариваются технические решения безопасного производства работ в любое время года, санитарно-гигиенического обслуживания рабочих, освещенности мест производства работ и пожарной безопасности.

Согласно СНиП III- 4 - 80 " Техника безопасности в строительстве" в зоне валки деревьев на расстоянии 50 м от нее во всех направлениях устанавливаются специальные предупреждающие знаки единого образца. К валке леса не допускаются рабочие моложе 18 лет.

На лесосеке, где производится рубка деревьев, запрещается находиться посторонним лицам.

Присутствие руководителя работ обязательно. Рабочие, занятые на валке леса, уборке снега у деревьев и подготовке лесосек к рубке, должны быть снабжены защитными касками.

При корчевке пней всем рабочим надо отойти от каната на расстояние, равное расстоянию между якорными и корчуемыми пнями. У корчевальной машины могут находиться только лица, непосредственно связанные с ее работой.

При расчистке полосы отвода от кустарника и мелколесья кусторезом, зона его работы предварительно очищается от камней, пней и деревьев, диаметр которых на линии среза превышает 20 см.

В процессе работы кустореза необходимо следить за исправностью ограждения, предохраняющего машиниста от удара срезанными деревьями и кустами.

Во время работы машины с обеих сторон расчищаемой полосы устанавливаются красные флажки. Подсобные рабочие находятся не ближе 25 м к месту работы кустореза.

Для перегона кустореза на новое место необходимо: поднять носовую часть кустореза на высоту не менее 30 см от поверхности грунта и зафиксировать ее; проверить надежность крепления кустореза к трактору; убедиться в отсутствии препятствий.

На кусторезы должны быть нанесены специальные надписи с указанием мер безопасности при работе на кусторезе. К работе на тракторных кусторезах допускаются аттестованные трактористы, изучившие устройство и принцип работы кусторезного оборудования. При снятии и установке ножей фрезы необходимо зафиксировать вал от вращения, заклинив его деревянным клином или зажав деревянной рейкой; пользоваться только торцовыми ключами и работать в рукавицах. При запуске двигателя трактора и включении привода фрезы необходимо следить, чтобы никто не находился впереди фрезы на расстоянии менее 50 м сбоку и на расстоянии менее 5 м. Во всех случаях появления людей в опасной зоне необходимо немедленно отключить привод фрезы. Все вращающиеся элементы кустореза, кроме рабочего органа, должны быть закрыты защитными кожухами. Запрещается работа кустореза: при наличии неисправностей у трактора или у кустореза; при снятых или неисправных ограждениях; при наличии препятствий (высокие пни, корни, проволока, куски металла, тросов, бетона и др.); в условиях плохой видимости и при сильном дожде. В случае забивания фрезы древесными остатками необходимо остановить трактор, отключить привод, поднять раму с рабочим органом вверх и отъехать на 1,5... 2 м назад, после чего снова включить привод фрезы и провести несколько раз подъем и опускание рабочего органа. Если такая мера не даст положительного результата (самоочищения фрезы), то нужно снова отключить привод фрезы и, соблюдая все меры предосторожности, произвести очистку рабочего органа вручную, стараясь находиться сбоку от него. Категорически запрещается производить подтяжку креплений, регулировку и другие работы с кусторезным оборудованием при работающем двигателе трактора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе выполнялась модернизация кустореза с клиновидным отвалом. Модернизачия заключалась в том, что заменили базу кустреза с гусенечного трактора Т10М на трактор МТЗ. Клиновидный отвал выполнен с учетом патнета 814290 с целью улучшения качества обработки почвы, орудие имеет зубья, установленные за лемехами и выполненные с тупым углом вхождения в почву, при этом, обращенные к середине отвала, грани зубьев выполнены со скосом. Подъем и опускание отвала осуществляется с помощью двух гидроцилиндров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дорожные машины, методические указания для студентов безотрывного обучения, Ухта 2007г.

2. Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине «Эксплуатация машин для земляных работ» 2013г.

3. А.А. Бромберг, Я.М. Пиковсеий, С.М. Полосин-Никитин, Дорожные машины. Атлас конструкций. МАШГИЗ 1951г.

Размещено на Allbest.ru