Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Дипломный проект состоит из 133 стр., в том числе 12 рисунков, 27 таблиц, 12 чертежей А1.

ДОРОЖНЫЙ КАТОК, ТУРБОНАДДУВ, МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ, КАРТА СМАЗКИ, МАРШРУТНАЯ КАРТА, ЭКСПЛУАТАЦИЯ, БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Основной целью дипломного проекта является модернизация энергетической установки дорожного катка ДУ - 50.

Были произведены основные расчеты двигателя с наддувом и без него. Осуществлен патентный поиск. На основании отобранных патентов были внесены предложения по модернизации двигателя.



Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Технологическая часть

1.1 Общие сведения о машинах для уплотнения грунтов

1.1.1 Устройство дорожного катка

1.1.2 Принцип работы дорожного катка

1.1.3 Скорость укатки

1.1.4 Повышение скорости движения катков

1.1.5 Критический анализ конструкции машин

1.2 Описание устройства и рабочего процесса

1.2.1 Классификация дорожных катков

Специальная часть

2.1 Общие сведения об объекте исследования

2.2 Задание на проведение исследования

2.2 Регламент поиска

2.3 Справка о поиске

2.4 Вывод по результатам патентного исследования

3 Описание сущности модернизации по результатам патентного исследования

4 Расчет двигателя без наддува

5 Расчет двигателя с наддувом

Эксплуатационная часть

3.1 Назначение, устройство и принцип работы ремонтируемого узла

3.2 Организация эксплуатации, технического обслуживания и ремонта катка ДУ - 50

Технология машиностроения

4.1 Описание схемы технологического процесса комплексного восстановления детали

4.2 Описание внешней планировки рабочего места

4.3 Назначение способа устранения дефекта

5 Разработка маршрутного технологического процесса восстановления детали

Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ устойчивости работы технических систем при модернизации двигателя

5.2 Анализ условий труда по испытанию турбокомпрессоров

5.3 Электробезопасность, пожаробезопасность

5.4 Разработка мероприятий, обеспечивающих безопасность эксплуатации энергетической установки

5.4.1 Вентиляция помещения для испытания турбокомпрессоров

5.4.2 Борьба с шумом при работе двигателя

5.4.3 Защита окружающей среды

5.5 Вывод по разделу

Расчет экономической эффективности разработки

6.1 Технико - экономическое обоснование проекта

6.2 Расчет количества машино - часов работы техники в году

6.3 Определение годовой эксплуатационной производительности

6.4 Расчет годовых текущих издержек потребителя

6.5 Расчет цены единицы продукции

6.6 Расчет показателей экономической эффективности проекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ



Введение

Дорожная машина представляет собой агрегат или несколько агрегатов, оборудованных одним или несколькими рабочими органами для выполнения одной или нескольких операций технологического процесса дорожного строительства в соответствии с производственными требованиями при минимальных затратах. Основными элементами машины являются: рабочий орган, силовое оборудование, передаточные устройства, система управления, ходовое оборудование, поворотная и неповоротная рамы. Рабочий орган - предназначен для непосредственного выполнения рабочих операций (отвал бульдозера, ковш скрепера или экскаватора и т.п.). Силовое оборудование - часть машины, которая вырабатывает энергию для привода в движение всех механизмов. Передаточные устройства (трансмиссии) трансформируют энергию от источника к рабочему органу. Они должны обеспечивать отбор мощности для привода всех механизмов машины. Система управления - предназначена для управления и регулирования работы, силового оборудования, рабочего органа и отдельных устройств . Ходовая часть служит для передвижения машины и передачи нагрузок от собственного веса и усилий, создаваемых рабочим органом. Основными конструктивно-эксплуатационными показателями машин являются: производительность, маневренность, проходимость и устойчивость. Производительность машины оценивается количеством продукции, вырабатываемой в единицу времени (в час). Производительность бывает теоретическая, техническая и эксплуатационная. Маневренность - способность машины работать, передвигаться и разворачиваться в стесненных условиях.

Проходимость - способность машины передвигаться по грунтам малой несущей способности, преодолевать неровности грунта и небольшие водные преграды. Кроме того, дорожные машины в процессе работы должны быть устойчивы. На данные показатели существенное влияние оказывает мощность, развиваемая двигателем. В связи с этим в данном дипломном проекте рассматривается увеличение мощности двигателя, путем установки турбонаддува. Для повышения мощности и гибкости работы дизелей используется турбонаддув. Он помогает повысить мощность двигателя за счет подачи дополнительной порции воздуха в цилиндры. Так как в дизельных двигателях нет дроссельной заслонки, этот факт обеспечивает эффективное наполнение цилиндров без использования схемы управления турбокомпрессором на всех оборотах. В ходе совершенствования двигателей увеличивается их мощность, улучшается экономичность, уменьшаются габаритные размеры, снижается масса и повышаются надежность и срок службы.

Одним из наиболее эффективных мероприятий, увеличивающих литровую мощность двигателя, является наддув.

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Самое простое решение -- увеличить рабочий объем: чем больше сгорает топлива, тем выше мощность. Однако при этом существенно увеличиваются габариты и масса конструкции.

Альтернативный подход -- оставить рабочий объем двигателя прежним, но подавать в единицу времени больше топлива. Увеличить подачу топлива несложно, особенно, в системах впрыска. Но при этом для сохранения состава топливной смеси необходимо пропорционально увеличить и количество подаваемого в двигатель воздуха. Возможности двигателя самостоятельно всасывать воздух ограничены, поэтому не обойтись без специального устройства, повышающего давление и, следовательно, количество воздуха на впуске. Эти устройства обычно называют нагнетателями или компрессорами.

Целью турбонаддува является топливная экономичность. Повышение мощности двигателя, достигается ли оно увеличением его рабочего объема или применением наддува, неизбежно влечет за собой увеличение расхода топлива. Теоретически КПД двигателей с наддувом несколько выше, чем атмосферных, поэтому удельный (на единицу мощности) расход топлива у них должен быть ниже. На практике же за счет потерь при переходных процессах он получается примерно таким же. Для бензиновых двигателей наддув вряд ли можно считать удачным способом повышения мощности, ввиду возникновения детонации.

В данном дипломном проекте, рассмотрен ряд решений задач по модернизации дизельного двигателя Д-243, путем установки турбонаддува, в целях повышения мощности. Именно применение турбонаддува наиболее приемлемо в виду повышения экологических параметров и экономической эффективности. Совместно с системой турбонаддува могут устанавливаться охладители наддувочного воздуха. На сегодняшний день радиаторы - охладители наддувочного воздуха из сплавов алюминия и других существующих современных материалов, все чаще применяют в целях повышения эффективности работы двигателей различного рода. Они предназначаются для работ в большом диапазоне давлений и температур в системах наддува двигателей транспортной промышленности, имеют целью повышение экономичности и повышение мощности двигателей, а также понижение токсичности выхлопных газов.

В общем, это довольно производительный радиатор, устанавливаемый после агрегата наддува, в нем происходит охлаждение надувочного воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Сжатием воздуха в агрегате наддува достигается увеличение его температуры и понижение плотности, для получения же наибольшей мощности требуется не столько давление воздуха, сколько его количество, для того, чтобы сжечь большее количество топлива. Охлаждение производится набегающим воздушным потоком. При этом охладитель наддувочного воздуха устанавливают перед основным радиатором системы охлаждения.

В дипломном проекте также произведен основной расчет двигателя Д-243 без турбонаддува. Далее произведен расчет с турбонаддувом. В графической части отображены графики скоростной характеристики дизеля, построена индикаторная диаграмма.

Технологическая часть

1.1 Общие сведения о машинах для уплотнения грунтов

Катки -- непременный атрибут как реконструкции старых, так и строительства новых дорог, трасс и автострад. В последнее время появилось много новых дорожных машин всевозможных видов и различного назначения. Дорожный каток - это машина для уплотнения укатыванием грунтов, дорожных оснований и покрытий. Дорожные катки применяют в автодорожном, железнодорожном, промышленном, городском, гидротехническом, аэродромном строительстве.

1.1.1 Устройство дорожного катка

Дорожный каток содержит раму с вальцами, между которыми подвешена при помощи привода вертикального перемещения, выполненного в виде силового цилиндра с канатно-блочной системой, вакуумная камера, выполненная в виде цилиндра и открытая со стороны дорожного покрытия. Внутри вакуумной камеры с возможностью свободного вращения вокруг оси размещен перфорированный диск с установленными на нем лопастями. Диск через ступицу соединен с гидромотором, жестко закрепленным по центру на верхней стенке камеры. Цилиндрическая боковая стенка с отверстиями вакуумной камеры ограничена снизу эластичным уплотнением. К вакуумной камере сверху примыкает сообщающаяся с ней отверстиями пневматическая камера, образованная верхней стенкой вакуумной камеры и пластиной, соединенными наружным и внутренним эластичными элементами в виде стенок, передающими полный вес вакуумной камеры на пластину. Отверстия выполнены как можно ближе к внутреннему эластичному элементу. Наружный эластичный элемент размещен на одинаковом расстоянии от центра с боковой стенкой камеры по ее периметру. Камеру посредством направляющих и винтовой пары устанавливают на раме.

1.1.2 Принцип работы дорожного катка

Дорожный каток работает следующим образом. При уплотнении дорожного покрытия шток гидроцилиндра выдвигается и вакуумная камера опускается в рабочее положение, при котором упоры устанавливаются на раме. При включении гидромотора в гидросистему катка диск, с установленными на нем лопастями, начинает вращаться и перемещать находящиеся в камере массы воздуха от ее центра к периферии. Перемещаемые массы воздуха выбрасываются через отверстия боковой стенки камеры, создавая тем самым разрежение в вакуумной камере и в пневматической камере. Перфорация диска выполнена с целью уравновешиваний давления с обеих его сторон и устранения осевой нагрузки на диск, исключая тем самым его прогиб. Разрежение в вакуумной камере распределяется неравномерно. В этом случае сила, с которой вакуумная камера притягивается к поверхности уплотняемого материала, меньше силы притяжения верхней стенки к пластине.

Вследствие этого верхняя стенка приближается к пластине, деформируя эластичные элементы, являющиеся стенками пневматической камеры, и между эластичным уплотнением вакуумной камеры и дорожным покрытием остается зазор, который определяется жесткостью элементов, а также величиной разрежения в вакуумной камере и пневматической камере. В дальнейшем воздух под действием вращающегося диска с лопастями перемещается от центра вакуумной камеры к ее краям, по инерции выбрасываясь частично через отверстия в цилиндрической стенке камеры и, частично, через зазор между эластичным уплотнением и дорожным покрытием, создавая тем самым воздушный поток (воздушную рубашку), препятствующий попаданию свободного воздуха из атмосферы в полость вакуумной камеры через зазор и разбрасывающий в стороны из зоны действия вакуумной камеры смачивающую уплотняющие вальцы жидкость, оставшуюся на поверхности покрытия после их прохода. Таким образом, выбрасываемые лопастями массы воздуха через отверстия и зазор обеспечивают в вакуумной камере разрежение и компенсируют фильтрацию воздуха внутрь вакуумной камеры через поры в уплотняемом материале и частичное подсасывание воздуха через зазор. Усилие разрежения в вакуумной камере передается через направляющие и регулируемые с помощью винтовой пары упоры сверху на раму, обеспечивая увеличение сцепного веса дорожного катка. По мере укатывания плотность уплотняемого материала увеличивается, уменьшается осадка рабочих органов вальцов дорожного катка и увеличивается зазор. При этом давление в вакуумной камере увеличивается по причине некоторого подсасывания воздуха через увеличенный зазор. Увеличенное давление передается в пневматическую камеру и, воздействуя на ее стенки, обеспечивает обратную деформацию наружного и внутреннего эластичных элементов, т.е. их растяжение. При этом высота пневматической камеры увеличивается, а вакуумная камера опускается, способствуя уменьшению давления в ней. Отсутствие у вакуумного устройства специального компрессора с соответствующим приводом для создания вакуума, с одной стороны, и некоторое усложнение конструкции вакуумной камеры, с другой стороны, в целом ведет к упрощению общей конструкции вакуумного устройства, а следовательно, и дорожного катка в целом, по сравнению с прототипом, что снижает материальные и трудовые затраты при его изготовлении.

Дорожный каток, содержащий самоходное шасси с уплотняющими рабочими органами, средство создания вакуума, смонтированную на раме катка с возможностью вертикального перемещения по направляющим вакуумную камеру, открытую со стороны дорожного покрытия и сообщенную с пневматической камерой, образованной верхней стенкой вакуумной камеры, жестко прикрепленной к направляющим пластиной, смонтированной над верхней стенкой вакуумной камеры, и эластичными элементами, посредством которых пластина соединена по периметру с верхней стенкой вакуумной камеры, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса уплотнения при одновременном повышении качества дорожного покрытия, средство создания вакуума выполнено в виде симметрично установленного по вертикальной оси в вакуумной камере перфорированного приводного диска с лопастями, а в корпусе вакуумной камеры по периметру в плоскости диска образованы отверстия.

1.1.3 Скорость укатки

Скорость укатки имеет известное влияние на уплотняющее усилие. До определенного предела высокие скорости укатки могут быть компенсированы увеличением количества проходов. Однако оптимальная скорость при уплотнении грунта лежит в диапазоне от 3 до 6 км/час. Уплотнение толстых слоев грунтовой и скальной отсыпки до высокой степени уплотнения требует скоростей пониженного диапазона. Оптимальные скорости для асфальтобетона выше, чем для грунта. Постоянная скорость необходима для достижения однородного уплотнения, и спидометр на катке помогает в этом отношении. Контроль скорости особенно важен при укатывании асфальтобетона.

1.1.4 Повышение скорости движения катков

Вместе с тем обнаружено, что, несмотря на одинаковые плотности, при более высоких скоростях движения катка формируется менее прочная структура грунта, которая оказывает меньшее сопротивление деформированию его внешними нагрузками. Так, с повышением скорости от 1,5 до 8 кмч модуль деформации при той же плотности грунта понижается на 20--30%. Это снижение, в частности, является следствием увеличения тяговых усилий, а следовательно, и горизонтальных напряжений в грунте вблизи его поверхности. В результате этого увеличения ослабляется эффект «сдавливания» частиц грунта вертикальными сжимающими напряжениями. Поэтому повышение скорости движения катков при укатке, повышая производительность, одновременно несколько снижает качество уплотнения. Проведенные исследования позволили разработать такой скоростной режим укатки, при котором качество уплотнения не только не снижается, но даже несколько повышается. Этим режимом предусматривается смена скоростей движения катков. Первый и два последних прохода должны совершаться на малой скорости, а все промежуточные проходы -- на большей скорости. Верхним пределом скоростей являются скорости 12-- 15 км/ч, выше которых уже происходит значительное волнообразование поверхности грунта. После первого прохода, который совершается при скорости, не превышающей 3 км/ч, образуется ровная поверхность, которая сохраняется в процессе дальнейшей укатки. Два последних прохода, которые также производят при такой же скорости, способствуют улучшению структуры грунта. При таком режиме укатки производительность повышается примерно в два раза, что позволяет снизить стоимость работ на 30%, а в некоторых случаях и на 50%.

При этом требуемая плотность грунта достигается за то же количество проходов, а поверхность получается даже более ровной, чем при уплотнении только на малых скоростях движения.

Схема укатки, состоящая из трех параллельных полос укатки, делится на зоны, обычно длиной 30-50 метров. В каждой зоне каток совершает требуемое число проходов вперед и назад. Однако каток может начинать работать в следующей зоне до того, как он закончит работу на предыдущей. В этом случае проходы катка (расстояние, которое каток проходит от места, в котором он изменяет направление позади укладчика, до места изменения направления в конце полосы) перекрывают обе зоны.

Рисунок 1-Трехполостная схема укатки

Ниже показана схема укатки, наиболее приемлемая для постоянной и высокой скорости укладчика. Схема зависит от постоянной длины прохода катка и продольного перекрытия проходов постоянной длины. Практической трудности поддержания постоянной длины прохода можно избежать если катки оборудованы соответствующими измерительными инструментами (приборами) для определения длины прохода.

Рисунок 2-Трехполостная схема укатки в шесть проходов

Для традиционных статических трехколесных катков схема укатки более сложная, чем схема, показанная на рисунке, так как два задних вальца имеют заметно более высокую линейную нагрузку, чем передний валец. На практике укатка трехвальцовыми статическими катками часто приводит к более высоким плотностям в середине полосы, чем вдоль краев.

1.1.5 Критический анализ конструкции машин

Рисунок 3 - Зависимость потребного количества циклов нагружения от соотношения контактных давлений катка и прочности асфальтобетонной смеси

Длительное время дорожная отрасль и отраслевое машиностроение России и других стран были ориентированы на создание катками контактных давлений, близких к ?p (не менее 90%) и достигающих к концу уплотнения 30-35 кгс/см2. Поэтому многие образцы статического и вибрационного типа оказывались излишне тяжелыми или динамичными, а качество уплотнения асфальтобетонных покрытий - нередко низким. Правда, такое неблагоприятное отношение ?o/?p может несколько выправлять то обстоятельство, что горячая смесь остывает и упрочняется, смещая ?кр ближе к создаваемым катком ?o, но само ?o при этом тоже несколько возрастает, особенно у виброкатков, и желаемое улучшение ?o/?p происходит не так эффективно и быстро. К тому же полезная часть укатки при подобных изменениях будет идти уже при более низких температурах смеси, что, как известно, чревато потерями конечного качества по плотности. Да и потребное количество циклов статического или динамического нагружения катка по одной и той же уплотняемой точке или месту nц может оказаться увеличенным и составлять не мене 50-70 (Рисунок 3). При давлениях катка, близких или равных ?кр, количество nц может понизиться на 30-35%. Существует другая опасность, связанная с недостаточными контактными давлениями вальцов катка и обуславливающая вполне понятные снижения плотности асфальтобетонной смеси и толщины прорабатываемого слоя Z (Рисунок 3), а также рост необходимого количества nц (Рисунок 4).



Рисунок 4 - Влияние отношения контактных давлений вальца катка и прочности материала на толщину прорабатываемого слоя уплотняемого материала

При очень малых давлениях вполне закономерна незначительная толщина проработки с низкой плотностью, т. е. реализуется эффект «вытоптанной пешеходами дорожки на поляне парка», что, кстати, подтверждают реальные результаты работы некоторых чрезмерно легких виброплит и виброкатков, несмотря на то, что, например, у виброплит суммарное (за 8-10 проходов по месту) количество прикладываемых к поверхности материала nц достигает иногда 1500-2000 и даже больше.

На основе длительного изучения и исследования проблем и вопросов уплотнения дорожно-строительных материалов, в том числе асфальтобетонных смесей, сопоставления функциональных параметров различных типов катков и сравнительного анализа многих положительных и отрицательных результатов по плотности сделана попытка раскрыть «секреты» практических успехов и неудач в уплотнении асфальтобетона, найти пути и способы возможного улучшения функциональных и технологических параметров катков. Итогом таких размышлений, анализов и обобщений и стали настоящие заметки, предложения и рекомендации не только дорожникам, но и специалистам фирм, создающим дорожные катки.

К тому же сами катки также обладают рядом недостатков. Они -- машины циклического действия, они реверсивно движутся вперед и назад. В процессе остановки и смены направления они могут даже образовывать лунки в покрытии. Особенно если в этот момент машинист катка не выключает вибратор. Кроме того, катки должны постоянно смещаться при работе по ширине дороги с определенным перекрытием участков. А поскольку таких катков работает одновременно несколько, получается достаточно сложный процесс маневрирования, который не просто выполнять на практике, это требует высокой квалификации операторов уплотняющих машин.

А еще нужно учесть и такой чисто человеческий фактор: оператор катка фактически полсмены ездит с повернутой назад головой, поскольку у нас, в отличие от американцев, нет машин с поворачивающимися кабинами. При этом он должен следить за точным соблюдением перекрытия полос, считать, сколько раз он был в каждой точке, какую величину перекрытия он делает между следами (а их не очень то видно на глаз, приходится доверять интуиции), правильно выбирать место реверса и правильно его выполнять.. Переключать режим вибратора, устанавливать нужную амплитуду и частоту вибрации. Это очень сложная и напряженная работа, выполнить которую без ошибок очень непросто.

1.2 Описание устройства и рабочего процесса

1.2.1 Классификация дорожных катков

Их классифицируют по виду рабочего органа, способу передвижения, принципу действия, числу осей и количеству вальцов.

По виду рабочего органа различают катки:

- с гладкими вальцами;

- кулачковые;

- пневмоколесные.

По принципу действия дорожные катки делятся на:

- статические;

- вибрационные.

По способу передвижения дорожные катки подразделяются на:

- прицепные;

- полуприцепные;

- самоходные.

По количеству вальцов различают:

- одновальцовые;

- двухвальцовые;

- трехвальцовые.

По виду рабочего органа различают катки с гладкими вальцами (а-г) , кулачковые, решетчатые, пневмоколесные и комбинированные (д-з) (Рисунок 5).

а-двухосный двухвальцовый б-двухосный трехвальцовый

в-трехосный трехвальцовый г-вибрационный одноосный



д-вибрационный кулачковый е-вибрационный решетчатый

ж-самоходный пневмоколесный з-комбинированный

и-пневмоколесный полуприцепной

Рисунок 5 - Классификация катков

Двухосный трехвальцовый статический каток (Рисунок 6) состоит из рамы, направляющего и двух ведущих вальцов, двигателя, трансмиссии, рабочего места машиниста с механизмами управления, приборов освещения, очистных скребков и системы смачивания рабочей поверхности вальцов. Рама служит несущей конструкцией, на которой смонтированы все сборочные единицы катка. Двигатель передними кронштейнами и задней опорой, закрепленной на картере маховика, установлен на опорные кронштейны и рамы. В коробке передач предусмотрено по одному кронштейну с каждой стороны, которыми коробку, также как и двигатель, монтируют на кронштейнах и рамы. Двигатель и коробку передач крепят к кронштейнам рамы болтами и гайками. Редуктор, связанный с коробкой передач карданным валом, устанавливают в задней части рамы. Передними опорными лапами редуктор крепят болтами к кронштейнам, приваренным к боковинам рамы. Задними опорами редуктора являются обоймы полуосей, устанавливаемые в кронштейны рамы и затягиваемые болтами. Два ведущих и один направляющий вальцы служат рабочими органами катка. Диаметр ведущего вальца больше диаметра направляющего в 1,6 раза, а ширина меньше в 2 раза. Широко расставленные ведущие вальцы обеспечивают хорошую поперечную устойчивость катка. Основное уплотнение выполняют задние ведущие вальцы, на которые приходится 2/3 массы катка. После прохода катка от задних вальцов остается след в виде двух узких полос. Образовавшаяся в середине полоса уплотняется за два следующих прохода катка. Вальцы катка представляют собой обечайки, свернутые из листового проката и сваренные по образующей. Для получения укатываемой поверхности без следов от краев вальцов на наружных кромках их обечаек выполнены закругленные фаски шириной 15-18 мм. С торцов в обечайки вварены диски, к которым приварены литые ступицы. В них устанавливают роликоподшипники, служащие опорами для оси. Внутреннюю полость вальцов через отверстия в дисках, закрываемые крышками, заполняют балластом для увеличения массы катка и давления на уплотняемый материал. В качестве балласта используют воду, сухой или влажный песок.

1,6 - вальцы, 2 - очистной скребок, 3 - приборы освещения, 4 - механизмы управления, 5 - рабочее место машиниста, 7 - рама, 8 - вилка

Рисунок 6 - Двухосный трехвальцовый статический каток

Самоходный комбинированный каток - это двухосная машина (Рисунок 7), состоящая из двух шарнирно сочлененных агрегатов: силового с четырьмя ведущими пневмоколесами и вибрационного с вибровальцом. Рабочими уплотняющими органами катка служат четыре пневмоколеса и жесткий металлический вибровалец. Последовательное воздействие на уплотняемый материал статических и вибрационных нагрузок повышает производительность катка. Благодаря небольшому расстоянию между осями рабочих органов пневмоколеса оказываются в зоне уплотняемой полосы, находящейся под вибрационным воздействием вибровальца, что увеличивает эффективность уплотнения. На раме силового агрегата размещены силовая установка и кабина машиниста. К нижней передней части рамы крепят шарнир сочленения агрегатов и два гидроцилиндра поворота катка. Шарнир сочленения конструктивно не отличается от шарнира самоходного вибрационного катка. Расположен шарнир посредине между осями пневмоколес и вибровальца. Поворот шарнира относительно горизонтальной оси возможен на 8°, когда каток перемещается по неровной поверхности. Относительно вертикальной оси шарнир поворачивается двумя гидроцилиндрами. Такое размещение шарнира сочленения уменьшает радиус поворота, а также обеспечивает проход рабочих органов машины след в след на криволинейных участках. Каток оснащен централизованной пневматической системой, гидравлическими тормозами и смачивающей системой. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на ведущую шестерню первичного вала раздаточного редуктора. На выходных валах раздаточного редуктора через зубчатые муфты установлены реверсивные аксиально-поршневые гидронасосы и два шестеренных гидронасоса.

На катке применен гидрообъемный привод вибровальца и пневмоколес, унифицированный с гидроприводом самоходного вибрационного катка. Отличие состоит в том, что у комбинированного катка для привода пневмоколес используются два гидромотора, а не один, как у вибрационного катка. Рабочие гидролинии регулируемого насоса в транспортном режиме постоянно подключены к гидромоторам привода пневмоколес силового агрегата. Вращение на пневмоколеса передается от гидромоторов через балансирные редукторы. В рабочем режиме к насосу подключают гидромотор привода вибровальца. Вибровалец приводится в движение через конический редуктор и зубчатый венец. Гидролинии регулируемого насоса постоянно подключены к гидромотору привода вибровозбудителя. Дебалансы жестко закреплены на вибровалу и приводятся во вращение вместе с ним от гидромотора через зубчатую муфту. Вокруг каждого из закрепленных на валу дебалансов могут поворачиваться наружные дебалансы, которые состоят из двух дисков, соединенных между собой сегментной пластиной. Наружные дебалансы установлены на цилиндрических шейках вибровалов свободно и при изменении направления его вращения поворачиваются на 135°, изменяя вынуждающую силу вибровозбудителя от минимального значения до максимального. Шестеренный насос используется для подпитки рабочей жидкостью силовых контуров и подачи жидкости в гидроусилители гидронасосов. Насос подает рабочую жидкость в гидроруль. Рулевое управление и гидравлическая система поворота катка принципиально не отличаются от подобного механизма и системы самоходного вибрационного катка.

1 - силовая установка, 2 - кабина, 3 - вибровалец, 4 - вибрационный агрегат, 5 - шарнир, 6 - гидроцилиндр, 7 - пневматическая система, 8 - пневмоколесо, 9 - тормоз, 10 - силовой агрегат.

Рисунок 7 - Самоходный комбинированный каток

Таблица 1 - Классификация катков

Катки	Вес, т	Удельное давление, кг/см2	Мощность двигателя, кВт
легкие	3-5	20-40	18,5
средние	6-9	40-60	30
тяжелые	10-15	60-80	44

Таблица 2 - Модельный ряд дорожных катков 2009 год.

Наименование	Модель	Масса (min/max)	Габариты, мм	Назначение
Комбинированный вибрационный	ДМ - 10*	9 / 10	4850х1930х3200	Асфальт, спланированный грунт
Двухвальцовый вибрационный	ДМ - 10В	10 / 11	4850х1930х3200	Асфальт, спланированный грунт
Пневмошинный	ДМ - 10П	9 / 13	4850х1930х3200	Асфальт
Комбинированный вибрационный	ДМ - 58*	13 / 14	5997х2419х3400	Асфальт, спланированный грунт
вухвальцовый вибрационный	ДМ - 63	9 / 11	3920х2200х3500	Асфальт, спланированный грунт
Комбинированный вибрационный	ДМ - 64	8 / 10	3920х2200х3500	Асфальт, спланированный грунт
Пневмошинный	ДМ - 65	9 / 14	4800х2200х3500	Асфальт
Комбинированный вибрационный	ДМ - 62*	13 / 14	6147х2419х3400	Грунт
Двухвальцовый вибрационный	ДМ - 47Г	7 / 7,5	4800х1800х3250	Асфальт, спланированный грунт
Каток статический трехвальцовый	XG 618 / 621	21 / 24	6075х2350х3280	Грунт

В данном дипломном проекте рассматривается повышение мощности двигателя Д-243 катка ДУ-50. Для сравнения технических характеристик выбран двигатель Cummins B5.9-C (США) вибрационного катка CLG 614 H.

Таблица 3 - Технические характеристики двигателя Cummins B5.9-C

Двигатель	Cummins B5.9-C (США) 4х-цилиндровый двигатель с турбонаддувом и водяным охлаждением
Крутящий момент	2100 об/мин
Мощность	108 кВт (145 л.с.)
Диаметр цилиндра/ход поршня	102 мм х 120 мм
Объем двигателя	3,9 л
Масса	450 кг

Технические характеристики двигателя Д-243

Расположение и число цилиндров .................................. ……………..4L

Рабочий объем, л .............................................. ……………………...4,75

Диаметр цилиндра и ход поршня, мм .......................... …………110/125

Степень сжатия ...................................................................................... 16

Удельный расход топлива, г/кВт (г/л.с.ч) ................................ 226 (166)

Мощность, кВт (л.с.) ........................................ …………………..60 (81)

Частота вращения, об/мин ...................................... ………………..2200

Максимальный крутящий момент, Нм (кгм) ......................... 258 (26,3)

Частота вращения при макс. крут. моменте об/мин ............... …..1600

Масса, кг ...................................................... …………………………430

Из приведенных технических характеристик видно, что энергонасыщенность двигателя Д-243 можно увеличить, установив систему турбонаддува. Масса двигателя останется той же, обороты двигателя те же, но произойдет существенный прирост мощности.

Турбонаддув предназначен для повышения мощности двигателя. Если использовать турбонаддув, то можно получить до 700 лошадиных сил при объеме двигателя 2 литра. Однако при неверной эксплуатации двигателя можно столкнуться с определенными трудностями.

Достоинства двигателей с турбонаддувом - высокая литровая мощность и крутящий момент, поэтому динамические характеристики машины с двигателем с турбокомпрессором лучше по сравнению с атмосферными аналогами.

При явной позитивной стороне использования турбонаддува, существуют, конечно же, и недостатки. Общеизвестными недостатками систем турбонаддува являются эффекты "турбоямы", вызванные инерционностью турбины. Проявляется это в том, что на резкое нажатие на газ двигатель "подтормаживает с ответом", а потом резко "подхватывает". Другим отрицательным моментом инерционности является нагнетание воздуха под чрезмерным давлением при раскручивании турбины на высоких оборотах. Соответственно, при незначительном потоке выхлопных газов, вызванном низкими оборотами, турбина наоборот крутится слабо.
Вследствие повышения давления конца такта сжатия возникает детонация. Это накладывает ограничения на максимальную величину объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышает требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Чем оно выше, тем степень детонации ниже.

Существует ряд технических решений, направленных на преодоление этих недостатков: например, это система управления давлением наддува, представленное клапанами или заслонкой, которые при высоком давлении направляют часть выхлопных газов мимо турбины, или напротив, создают максимальное давление, когда его недостаточно, направляя весь поток газов на турбину.

Она начинает вращаться быстрее и уменьшает эффект "турбоямы". Существует также конструкция турбины с управляемыми поворотными лопатками, дающими возможность изменения параметров турбины в широких пределах.

В дипломном проекте рассмотрен вариант системы управления давлением наддува.

Следует отметить, что после установки турбонаддува на двигатель, особой эргономичностью каток отличаться не будет, но зато возрастут динамические характеристики, которые повлияют на рабочий процесс.



Специальная часть

2.1 Общие сведения об объекте исследования

Исполнитель: Мамедов Н.З.

Заказчик: кафедра ПТ и ДМ БГТУ им В. Г. Шухова.

Начало работ 23.03.11 Окончание 25.04.11.

Объект: Дорожный каток ДУ - 50

Интенсивное развитие промышленности требует проведения большого объема строительства дорожного полотна.

Особое место при механизации дорожных работ занимают катки. Несмотря на быстрое развитие новых методов разработки полотна и совершенствование конструкций специализированных машин, механический способ возведения дорожного полотна останется за катками благодаря относительной простой конструкции, широкой сферой и универсальностью применения, высокой производительностью и низкой стоимостью единицы продукции.

Каток ДУ-50 предназначен для послойного уплотнения предварительно спланированных насыпных грунтов, гравийно-щебеночных материалов при строительстве автомобильных и железных дорог, аэродромных площадок и других земляных сооружений как летом, так и зимой при температуре от -10 до+40°С. Оборудован двигателем Д-243. Двигатель четырехцилиндровый, дизельный, рядный, четырехтактный, жидкостного охлаждения, со свободным впуском воздуха. Сертифицирован по ГОСТ 17.2.2.02, ГОСТ 17.2.2.05 ОСТ 23.3.23 и ГОСТ 2000.

Область применения: тракторы и дорожно-строительная техника.



2.2 Задание на проведение исследования

«Утверждаю»

руководитель работы

Исаев И. К.

______________________

(личная подпись)

Дата:__________________

Задание №1

на проведение патентных исследований

Наименование темы: Патентное исследование с целью модернизации дорожного катка ДУ-50

Шифр темы: ДПДМ2011.813.00 00 00 ПЗ

Этап (стадия): Проектирование

(код этапа)

План патентных исследований на 2011г., позиция 7

Задачи патентных исследований: поиск технических решений для модернизации дорожного катка ДУ-50

Исполнитель работ: Мамедов Н.З.

Подразделение исполнителя	Краткое содержание работы	Ответственный исполнитель	Срок исполнения	Отчетный документ
гр. 4ДМ-41	Анализ описаний к изобретениям и патентам, научно-техническая литература	Мамедов Н.З.	С 23.03.11г. по 25.04.11 г.	Пояснитель-ная записка

Руководитель подразделения-исполнения: Исаев И. К.________

(подпись)

Исполнитель патентного исследования: Мамедов Н.З.________

(подпись)

На основании проведенного патентного исследования в дипломном проекте для увеличения мощности двигателя предлагается установка турбокомпрессора марки ТКР-11Н, как самого распространенного в среде дорожно-строительной техники. В связи с необходимостью настройки двигателя с турбонаддувом для смещения максимального значения крутящего момента в зону более низких оборотов двигателя предлагается регулируемый наддув. Отличия регулируемого и нерегулируемого турбокомпрессора изображены на графике (Рисунок 1)

Рисунок 1 - Влияние способа регулирования на эффективное давление

Одним из важнейших компонентов, обеспечивающих как функциональные, так и надежностные характеристики турбокомпрессора является подшипниковый узел. (Рисунок 2)



1-корпус турбокомпрессора; 2-вал турбокомпрессора; 5- упорные подшипники; 7- фланец турбокомпрессора; 8,9- подвод масла; 10,11- полости слива масла

Рисунок 2 - Подшипниковый узел

2.2 Регламент поиска

Наименование темы: Патентное исследование с целью модернизации энергетической установки дорожного катка ДУ - 50.

Шифр темы: ДПДМ2011.813.00 00 00 ПЗ

Дата и номер задания на проведение патентных исследований: задание №1 от 23.03.11 г.

Код этапа: проектирование

Начало поиска: 23.03.11 г. Окончание поиска: 25.04.11 г.

Предмет поиска (тема объекта, его составные части)	Цель поиска информации (для решения поиска технических систем)	Страна поиска	Классификационные индексы (УДК, МПК, МПИ, МКПО, НКИ)	Ретроспективность поиска	Наименование источников информации
Бульдозер ДЗ-110А Каток ДУ - 50	Анализ технических решений с целью выбора оптимального варианта для модернизации машины	РФ	F02B37/22 2131981 F02D33/02, F02D23/02, F02B37/12 2029123 F04D29/60 2140578	5 - 30 лет	Описания к изобретениям и патентам, реферативн. журналы, научно-техническ. литература

Руководитель подразделения-исполнения: Исаев И.К. _______

Исполнитель патентного исследования: Мамедов Н.З.______

(подпись)

2.3 Справка о поиске

Задание на проведение патентных исследований: №1 от 23.03.11 г.

Шифр темы: ДПДМ2011.813.00 00 00 ПЗ

Дата и номер поиска регламента: 23.03.11 г. №2

Начало поиска: 23.03.11 г. Окончание поиска: 25.04.11 г.



1. Поиск проведен по следующим материалам.

Предмет поиска (тема, объект, его составные части)	Страна поиска	Классификационные индексы (УДК, МПК, МПИ, МКПО, НКИ)	По фонду какой организации проводится поиск	Источник информации
				Научно техническая документация наименование дата опубликования (от и до). информации	Патентная документация наименование патентного бюллетеня и дата их публикации
1	2	3	4	5	6
Каток ДУ - 50	РФ	F02B37/22 2131981 F02D33/02, F02D23/02, F02B37/12 2029123 F04D29/60 2140578	Патентный фонд областной научной библиотеки, библиотека БГТУ им. В. Г. Шухова, интернет РосПатент	Строительные машины и основы автоматизации - 2001. Строительные машины и средства малой механизации - 2002. Технические основы создания машин - 2008.	Описание изобретения к авторскому свидетельству №2029123 опубликовано 20.02.95. Описание изобретения к авторскому свидетельству №2140578 Опубликовано 27.10.99. Описание изобретения к авторскому свидетельству №2131981 Опубликовано 20.06.99.



2. Патентная документация, отобранная для последующего анализа.

Предмет поиска	Страна выдачи, вид, № охранного док-та, классификационного индекса	Сущность заявленного технического решения и цели его создания, формула изобретения	Заявитель, страна, № заявки, дата приоритета, публикации	Сведения о действии охранного док-та или причина его аннулирования
1	2	3	4	5
Каток ДУ-50	РФ, описание изобретения к авторскому свидетельству № 2131981 F02B37/22	Изобретение относится к агрегатам наддува двигателей внутреннего сгорания. В корпусе турбокомпрессора размещены воздухонапорная полость компрессора и газоподводящая улитка турбины, в которой установлены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку турбины. Регулирующий механизм выполнен в виде подпружиненной мембраны, штока, связанного с мембраной, и канала подвода наддувочного воздуха в подмембранную полость. В канале выполнена дополнительная полость. В штоке образован клапан, закрывающий дополнительную полость. В корпусе турбокомпрессора выполнено отверстие, в котором установлен передаточный вал, жестко соединенный с заслонкой, регулирующий механизм расположен с наружной стороны корпуса турбокомпрессора и снабжен рычагом, жестко связанным с передаточным валом и шарнирно соединенным с штоком. Технический результат заключается в повышении эффективности в работе.	Р.Ф. Мазгумьянов Заявка: 97117840/06, 23.10.1997 Опубликовано: 20.06.1999	Недействующий
Предмет поиска	Страна выдачи, вид, № охранного док-та, классификационного индекса	Сущность заявленного технического решения и цели его создания, формула изобретения	Заявитель, страна, № заявки, дата приоритета, публикации	Сведения о действии охранного док-та или причина его аннулирования
1	2	3	4	5
Каток ДУ-50	РФ, описание изобретения к авторскому свидетельству № 2140578 F04D29/60	Изобретение относится к компрессоростроению. Турбокомпрессор содержит имеющий упорный уступ корпус, вставляемый в него, состоящий из роторной и статорной частей пакет и закрывающую корпус с одной стороны крышку. Турбокомпрессор снабжен также несущим роторную часть валом, выступающие из корпуса вправо и влево цапфы, которого установлены в подшипниковых кронштейнах. Использование изобретения позволит обеспечить точное центрирование роторной части в статорной, что повышает эксплуатационную надежность турбокомпрессора	Маннесманн Заявка: 97117603/06, 28.10.1997 Опубликовано: 27.10.1999	Действующий
Каток ДУ-50 Каток ДУ-50	РФ, описание изобретения к авторскому свидетельству № 2029123 F02D33/02 F02D23/02 F02B37/12	Регулятор давления наддува содержит два перепускных клапана, один из которых служит для перепуска части надувочного воздуха с выхода компрессора на вход турбины на промежуточных режимах работы двигателя, в другой - для ограничения максимального давления наддува перепуском части надувочного воздуха в линию сброса. Управляющее устройство регулятора выполнено в виде двухстороннего и одностороннего сопел и взаимодействующих с ними трех подпружиненных заслонок. Корпус регулятора служит кронштейном для установки на двигатель и для коммутации пневматических и гидравлических каналов. Повышается надежность , уменьшаются затраты энергии за счет использования масла из системы смазки двигателя.	Никитин Е.А. Заявка: 5029340/06, 27.02.1992 Опубликовано: 20.02.1995	Действующий

3. Научно-техническая документация, отобранная для последующего анализа.

Наименование информации	Автор	Год, место и орган издания (утверждения, депонироние источника)
Строительные машины и оборудование. Справочное пособие.	Белецкий Б. Ф.	Ростов н/Д, Феникс, 2002.
Строительные машины и средства автоматизации	Волков Д. П.	Москва, Мастерство, 2002.
Строительные машины и основы автоматизации	Доценко А. И.	Москва, Высшая школа, 1995.



2.4 Вывод по результатам патентного исследования

В настоящее время, несмотря на разнообразие дорожных катков по назначению и виду выполняемых работ, проблемы, связанные с энергосбережением в процессе уплотнения дорожного покрытия, остаются актуальными. Наряду с непрерывным ростом парка катков постоянно осуществляются качественные изменения их рабочего оборудования, направленные на увеличение производительности и снижение энергоёмкости процесса уплотнения грунта, посредством создания и внедрения новых рациональных и технических решений.

В результате проведения патентных исследований для модернизации было выбрано техническое решение, защищенное авторским свидетельством РФ №2131981, кл. F02B37/22, 1999.

Целью модернизации является то, что, в корпусе турбокомпрессора размещены воздухонапорная полость компрессора и газоподводящая улитка турбины, в которой установлены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку турбины. Технический результат заключается в повышении эффективности в работе.



3 Описание сущности модернизации по результатам патентного исследования

На основании проведенного патентного исследования в нашей работе для увеличения эффективности уплотнения грунтов предложена следующая модернизация двигателя катка ДУ - 50 (Рисунок 3): установка турбокомпрессора. Данный агрегат способствует повышению эффективной мощности двигателя, что сказывается при работе по уплотнению грунта.

Рисунок 3 - Регулируемый наддув

Давление поступающего в цилиндры воздуха зависит в основном от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. При малой нагрузке двигателя поток отработавших газов невелик, поэтому необходимо, чтобы весь поток вращал рабочие колеса турбины и компрессора. При росте нагрузки двигателя увеличивается поток отработавших газов. Скорость вращения рабочих колес турбины и компрессора при этом возрастает, что приводит к подаче в цилиндры большего количества воздуха.

При дальнейшем повышении нагрузки двигателя объем отработавших газов превышает значение, необходимое для того, чтобы компрессор подавал в цилиндры требуемое количество воздуха. При высоких нагрузках необходимо ограничить количество отработавших газов, проходящих через турбину. Это достигается за счет использования клапана перепуска отработавших газов, открывающего отводящий канал, выполненный параллельно турбине. Лишнее количество отработавших газов направляется в этот канал. Клапан перепуска отработавших газов представляет собой обратный клапан, который открывает и закрывает перепускной канал, расположенный рядом с турбиной. Клапан управляется штоком пневмопривода, установленным на корпусе компрессора. Клапан закрывается под действием пружины в корпусе пневмопривода и открывается под давлением диафрагмы пневмопривода.



4. Расчет двигателя без наддува

Теория двигателей внутреннего сгорания основана на использовании термодинамических зависимостей и приближения их к действительным условиям путем учета реальных факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и тракторных двигателей.

Замкнутые теоретические (термодинамические) циклы в отличие от действительных процессов, происходящих в цилиндрах двигателей, осуществляются в воображаемой тепловой машине и характеризуются следующими особенностями (допущениями).

1. Все процессы цикла осуществляются без теплообмена рабочего тела с окружающей средой и являются обратимыми.

2. Преобразование теплоты в механическую работу осуществляется в замкнутом объеме одним и тем же несменяемым рабочим телом.

3. Состав и теплоемкость рабочего тела остаются постоянными на всем протяжении цикла.

4. Подвод теплоты производится от постороннего (воображаемого) источника при постоянном объеме (по изохоре), или при постоянном давлении (по изобаре), или при смешанном (по изохоре и изобаре).

5. Процессы сжатия и расширения протекают по адиабатам с постоянными показателями.

6. В теоретических циклах отсутствуют какие-либо потери теплоты (в том числе на трение, излучение, гидравлические потери и т. п.), кроме отвода теплоты холодному источнику. Эта потеря является единственной и обязательной для замкнутого теоретического цикла.

Диаграммы теоретических циклов, являющиеся прототипами реальных индикаторных диаграмм современных двигателей: цикл с подводом теплоты при постоянном объеме; цикл с подводом теплоты при постоянном давлении; 3) цикл со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме и постоянном давлении.

Каждый теоретический цикл характеризуется двумя основными показателями: теплоиспользованием, которое определяется термическим коэффициентом полезного действия, и работоспособностью, которая определяется удельной работой цикла.

Термическим КПД называется отношение количества теплоты, превращенной в полезную механическую работу, к общему количеству теплоты, подведенной к рабочему телу.

Удельной работой цикла называется отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к рабочему объему

1. Исходные данные

Произвести расчет четырехтактного дизеля Д-243, предназначенного для дорожного катка ДУ-50. Дизель четырехцилиндровый (i=4) с неразделенными камерами сгорания, объемным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности и степенью сжатия , рабочим объемом-4,75 литра, диаметр цилиндра -110 мм. Расчет выполнить для дизеля без наддува, с эффективной мощностью Ne=92 кВт.

Коэффициент избытка воздуха ?=1,6.

Степень повышения давления в дизеле ?=1,4.

Коэффициент использования теплоты ?=0,8

1. Тепловой расчет

Топливо. В соответствии с ГОСТ 305-82 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях -- марки Л и для работы в зимних условиях -- марки З).

Цетановое число топлива -- не менее 45.

Средний элементный состав дизельного топлива

С=0,870; Н = 0,126; О=0,004.

Низшая теплота сгорания топлива, Нu , кДж/кг, определяется по формуле,

(1)

где С, Н, О - средний элементный состав дизельного топлива, приведенный выше

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, Lo, кмоль возд/кг топл, определяется по формуле,

(2)

где 1/0,28 коэффициент избытка воздуха

(3)

Коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха ? до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при ?=1,4--1,5 а с наддувом при ?=1,6 -- 1,8. По исходным данным принимаем : ?=1,7 -- для дизеля без наддува.

Количество свежего заряда ?, св.зар/кг топл, определяется по формуле:

(4)

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

(5)

(6)

При

?=1,6

(7)

(8)

Общее количество продуктов сгорания, определяется по формуле

(9)

При

?=1,6

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия

Давление окружающей среды для дизелей:

без наддува

Температура окружающей среды для дизелей:

без наддува

Температура и давление остаточных газов. Достаточно высокое
значение дизеля без наддува снижает температуру и давление
остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого
вала несколько увеличивает значения При наддуве тем-
пературный режим двигателя повышается и увеличивает значения
. Поэтому можно принять для дизелей: