Разработка бульдозерного оборудования для трактора тягового класса 10

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

экскаваторов и погрузчиков делается на

ГСТ.

Разница в расходе топлива ~5% при одинаковой производительности.

Экономия за год при 15л/час ~ 1500 литров

маневренность

обеспечена

бесступенчатым изменением скорости и

направления, в том числе в "противоход"

гусениц.

Возможность

РЕАЛЬНОГО

ускорения

под

нагрузкой.

В любом случае гидравлика защищена от

перегрузок автоматом по макс. давлению.

- маневренность ограничена

временными

задержками

на

замыкание фрикционов бортов и

скоростей КПП. Ускорение работы

неизбежно

ведет

поломке

элементов трансмиссии: шестерни

бортовых редукторов, повышенный

износ фрикционов поворота

- НЕТ разрыва мощности при любых

поворотах ввиду отсутствия фрикционов. На

"борт" подается ровно столько тяги, чтобы

обеспечить необходимую разницу скоростей

гусениц

-стандартная схема поворота за

счет размыкания многодисковых

фрикционов

одного

"борта".

Принцип: "пока не поверну дальше

не толкаю".

Гарантированный выигрыш по маневренности:- на линейных участках 10%, -

на участках с поворотом от 30грд >15%~ 20%. Разница в расходе топлива ~10% за

счет высокой тяги при одинаковой производительности. Экономия за год при

15л/час до 100тр

БОРТОВЫЕ РЕДУКТОРА и ресурс всех элементов трансмиссии

- планетарные бортовые редуктора

Италия / Германия производителей с 50-и

-очевидно снижение качества

даже оигинальных комплектующих

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

летней историей. Серия специально для

бульдозеров. Отказ планетарного ряда

практически

исключен,

только

при

перегреве

"без

масла"

защищаем

автоматикой по макс. t. Ресурс 20тыс мч .

Цена 200тыс руб/шт

(шестерен, уплотнителей и т.д.)

бортового редуктора, повсеместное

распространение

контрафактных

зпч( в том числе "китай") как итог

ремонт "бортов" каждые 2тыс м/ч.

- гидравлически машины ресурс мин.

10000-нормально

15000

мото/часов.

Ремонт до полного восстановления ресурса

250 тыс. руб. BOSCH

- каждые 2000 м/ч обязательна

замена

фрикционов

поворота,

сцепления, возможен ремонт КПП,

бортовых редукторов. Общая сумма

в среднем 50тр

Ходовая обычная линейная схема с качением на оси прокачки и обычная

линейная схема с качением на оси борта

- линейная ходовая с балансирной

балкой. Ось прокачки не связана с

бортредуктором;

толкающие

усилия

передаются на раму трактора, а не на ось

бортредуктора

- линейная ходовая с опорой на

полуось

бортового

редуктора.

Опора гусеничных тележек на

полуось добавляет нагрузку от

отвала на шестерной ряд бортового

редуктора

(схема

реально

УСТАРЕЛА на сег. день)

Стоимость

гусеницы

башмака ~ 230тр., каток 7,5 т.р.

Использование на ТМ10 отчечественнойлинеки ходовых элементов (Б170-

Б10)- гусеница (опция - со смазкой в шарнире), катки- ролики на втулке, колеса

ведущее и направляющее, механизм натяжения и сдавания из серии Б170-Б10

(ЧТЗ) обеспечивает оперативность замены и экономию ~10% стоимости.

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

Стоимость ТО для ТМ10ГСТ9 и Б10(Б170)

- Официальный сервис ДСТ-УРАЛ

предлагает дополнительным пакетом услугу

по проведению восьми ТО до 2000 мч за 250

000 руб (официальная заводская сервисная

поддержка).

Характерна

существенная

простота

обслуживании за счет максимально простой

трансмиссии ГСТ.

Работы

расходные

материалы на проведение восьми

ТО (до 2000 моточасов) - не более

200 000 руб при обслуживанеи

собственными силами ЭО. При

использовании сервиса ЧТЗ ~8*30=

240 тыс.руб,

Вывод: Итоговая эффективность при эксплуатации ТМ10 ГСТ9 в сравнении с

абсолютно устаревшей конструкцией механической трансмиссии и низким

качеством современного исполнения в РФ измеряется по нашим оценкам не менее

указаннойсуммы.

За 10 лет эффективность эксплуатации достигает стоимости 65% нового

бульдозера. Очевиден повсеместный отказ крупных эксплуатирующих

организаций

от

парка

ЧТЗ

механической

трансмиссией.

Коэффициент готовности таких бульдозеров в компаниях с парком от 50ед не

превышает 80% (Подразделение "Татнефть" 100ед. 2012г - 75%). Готовность

ТМ10 ГСТ у эксплуатирующих организаций выше 90%. При сервисном ТО

Заводским сервисом - >95%

Таблица 1.7 - сравнительная по основным параметрам

бульдозеров тягового класса 10 с отвалом.

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

Вывод:

В данном разделе были рассмотрены бульдозеры с гидростатической

трансмиссией тягового класса 10 отечественного и зарубежного производства.

Полагаю, что перспектива российских производителей средней тракторной

и бульдозерной техники может быть реализована при выпуске продукции только

на принципах следующей технологической ступени — гидростатической

трансмиссии (ГСТ).Переход с механической трансмиссии на гидростатическую

(минуя гидромеханическую и далее ГМТ с планетарным поворотом и

блокировкой ГТР) резко повысил надежность и улучшил потребительские

свойства бульдозера. Выбор типа трансмиссии должен определяться опытом

использования этой технологии ведущими мировыми производителями.

Важно, что бульдозеры с ГСТ более просты по конструкции, чем

механические и гидромеханические.

При этом ГСТ стало уже сейчас самой распространенной трансмиссией среди

всех специальных строительных машин за счет использования на 100%

современных экскаваторах и части наиболее продвинутых погрузчиках

гусеничных и колесных.

Рассмотрены конструкции бульдозерного оборудования – типы навесных

отвалов и их характеристики. Произведен сравнительный анализ конструкции

рабочего оборудования бульдозеров для выполнения различных технологических

операций по срезанию, вскрытию и перемещению земляных пород.

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы было разработано

бульдозерное оборудование для трактора тягового класса 10, а именно отвал.

Произведен конструкторский расчет рабочего оборудования, определены рабочие

усилия. Выбраны основные параметры отвала, длина L = 4,1 м, H = 1,3 м.

Произвели прочностной расчет и определили объем грунта в призме волочения

при наибольшем заполнении отвала, g

= 4 м

. Проверили напряжения среза в

сварных соединениях

]

[







МПа

= 60 Мпа и выбрали гидроцилиндры в

соответствии с ГОСТ 22-1417-79 [8]; диаметр поршня D = 140 мм, диаметр штока

d = 63 мм, Максимальное усилие на штоке 215,4 кН, P

ном

= 14 мПа, ход поршня L

= 900мм.

Также определили время полного опускания отвала с помощью двух цилиндров,

t = 3 сек.

Произвели тяговый расчет и рассчитали производительность бульдозера ,

продолжительность набора грунта t

= 3 cек; продолжительность транспортировки

грунта t

= 36 cек; движение задним ходом t

= 27 cек. И определили число циклов

за 1 час работы.

Рассмотрен технологический процесс механической обработки оси крепления

гидроцилиндра. Была установлена последовательность проведения 7 операций

механической обработки детали: операция 005 фрезерно-центровальная, операция

010 радиально-сверлильная, операция 015 токарно-винторезная, операция 020

токарно-винторезная, операция 025 вертикально-сверлильная, операция 35

радиально-сверлильная и операция 045 круглошлифовальная. Рассчитаны режимы

резания, которые подбираются под инструмент с оптимальным соотношением

геометрических характеристик.

В организационно-экономическом разделе выпускной квалификационной работы

произведен расчет капитальных затрат. Составлена смета затрат, С

= 876620

рублей, все полученные данные внесены в ведомость затрат. Выполнена оценка

Изм

Лис

№ докум.

Подпис

Дат

Лис

190109.2016.084 ПЗ

коммерческой состоятельности проекта. К

пр

= 184092 рубля, а А

– программа

выпуска продукции, равная 3 шт. Также рассчитан период окупаемости, Т

ок

= 3

года и 10 месяцев, высчитана чистая прибыль П

= 210612,72 рубля и рассчитана

точка безубыточности проекта А

кр

= 2 шт/год, которая иллюстрируется

графически.

Большое значение в работе уделено безопасности жизнедеятельности.

Рассмотрены мероприятия по охране труда и технике безопасности, выполняемые

при проектировании, приведены таблицы предельно допустимых значений норм

шумов, вибраций, ПДК вредных веществ, а также приведены противопожарные

правила при эксплуатации трактора и меры по защите окружающей среды.

2 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Расчет рабочего оборудования

2.1.1 Определение рабочих усилий

3 .0

Рисунок 2.1 – Расчетная схема бульдозера

Прототипом для расчета служит бульдозер ТМ-10 ГСТ 10.

Мощность двигателя – 132/180 кВт/лс; Масса – 16594 кг.

сц

= G

;

(2.1)

сц

= 9,8 ∙ 16594 = 162 кН.

– Наибольшее тяговое усилие по сцеплению:

сц

= G

сц

∙ φ, где φ = 1,2

(2.2)

сц

= 1,2 ∙ 16594 ∙ 9.81 = 195 кН.

– Наибольшее возможное тяговое усилие по двигателю:

750







;

(2.3)

750

180





= 70 кН.

– Ориентировочные величины вертикальной и горизонтальной составляющих

сил сопротивления на отвале при обычной работе:

= R

= 0,7Т

сц

;

= 0,7 ∙ 97.6 = 70 кН;

(2.4)

= R

∙ tg17°;

= 70 ∙ 0,3 = 21кН.

(2.5)

– По литературным данным расстояние центра тяжести бульдозера от оси

ведущей звездочки гусеницы d = 1,5 м.

– Высота расположения линии действия R

над опорной поверхностью:

H = 0,17Н

отв

;

(2.6)

h = 0,17 ∙ 1,3 = 0,22 м.

– Координаты центра давления машины на грунт в общем случае работы:

Х = (G

сц

∙ d + R

∙ d

– R

∙ h) / (G

сц

+ R

);

(2.7)

Х = (97,6 ∙ 1,5 + 21 ∙ 5 – 70 ∙ 0,22) / (97,6+21) = 1,25 м.

Центр давления лежит на расстоянии от середины опорной поверхности

меньше, чем 1/6 длины опорной поверхности, что допустимо.

– Определение усилий ведем для трех расчетных случаев:

a. В процессе заглубления в движении трактор вывешивается на отвале

(реакция В = 0), тогда:

R 

;

(2.8)

162





= 48,6 кН.

– Суммарная жесткость препятствия и навесного оборудования:







(2.9)

где

= 0,18 кН/м – жесткость препятствия;

= 1,5 кН/м – жесткость оборудования;







= 0,16 кН/м.

Рабочая скорость движения V = 4.4км/ч.

)

(

сц











;

(2.10)

162

)

162

(









= 851 кН.

b. В процессе выглубления отвала в движении трактор вывешивается на

отвале (реакция А = 0), при этом:





;

162







= 121,5 кН.

(2.11)

сц







;

(2.12)

162

195







= 390кН.

c. На той же рабочей скорости V = 4.4км/ч. Бульдозер внезапно уперся

незагруженным отвалом в жесткое препятствие, гусеницы забуксовали.

Препятствие – кирпичный фундамент, коэффициент жесткости с

= 1,8кН;

суммарная жесткость







(2.13)







= 0,8 кН/м.

195







= 673 кН.



Два первых случая можно отнести к действию постоянных и случайных

нагрузок, третий – к действию аварийных.

2.1.2 Выбор основных параметров отвала

Простота

конструкции

отвальных

рабочих

органов,

высокая

производительность машин, оборудованных отвалом, при наибольших

дальностях транспортирования грунта, простота технического обслуживания,

монтажа и демонтажа, низкая себестоимость работ и возможность использования

на различных земляных работах обусловили их широкое применение в народном

хозяйстве

Параметры отвала находятся из следующих условий. Рациональное значение

длины L (м) и высоты Н (м) поворотного отвала устанавливается в зависимости:

L= (1.2 – 1.4)

;

(2.14)

Н = (0.4 – 0.45)

(2.15)

где т – масса бульдозера в тоннах.

Длина отвала должна перекрывать наиболее выступающие в стороны

элементы толкающей рамы не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

L = (1.2 – 1.4)

= 3.8 – 4.5 м.

Н = (0.4 – 0.45)

= 1– 1.85 м.

Отвал бульдозеров рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим

пересыпанию грунта через верхнюю кромку при динамических толчках, на

подъемах и в случаях, если процесс движения стружки по отвальной поверхности

нарушается.

Высота козырька по вертикали составляет (0.1 – 0.25)Н = 0.3 м. козырек при

основном положении отвала устанавливается вертикально.

Общая высота отвала с козырьком должна быть такой, чтобы в транспортном

положении обеспечивались видимость пространства перед бульдозером и

требуемый угол въезда.

Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала:

= T

nб

/ B,

(2.16)

Где Т

нб

–номинальное тяговое усилие бульдозера кН;

В – длина ножей отвала, м.

= 100 / 4.1 =24кН.

Вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала:

= 2500 кПа.

По удельному напорному усилию и вертикальному давлению на режущей

кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной

прочности. Проектируемый бульдозер способен разрабатывать грунт категории

III. К основным параметрам профиля отвала относят:

Н – высота отвала без козырька (расстояние по вертикали между режущей

кромкой среднего ножа и верхней кромкой отвальной поверхности);

а – угол резания при основной установке отвала;

β – угол опрокидывания при основной установке отвала;

ε – угол наклона при основной установке отвала.

Экспериментально доказано целесообразность создание отвалов с

постоянным радиусом кривизны.

Радиус кривизны определяется зависимостью:

R= (0,8 … O,9)H = 0,96 м.

(2.17)

Основные параметры профиля отвальной поверхности для отвала

проектируемого бульдозера

отвал – поворотный угол,



–резания – 55°



– наклона отвала – 75°



– опрокидывания – 70°



радиус кривой части поверхности – 0,96 м.

Задний угол θ отвала имеет большее значение для работ с резкими

изменениями уклона поверхности, по которой движется бульдозер (рытье

каналов, траншей, штабелирование). При этом необходимо обеспечить условие:

θ – a ≥ 20

Для бульдозеров с гидравлическим управлением значение угла θ следует

увязать со скоростью опускания режущей кромки при заглублении отвала:

θ ≥ arctg(ν

/ ν),

где ν

– скорость опускания кромки при заглублении отвала, км/ч;

ν – скорость движения бульдозера на основной рабочей передачи, км/ч.

Θ ≥ arctg(1,4 / 4) = 25

2.2 Прочностной расчет

2.2.1 Определение усилий при работе в суглинистых грунтах III категории

– Объем грунта в призме волочения при наибольшем заполнении отвала:

отв





(2.18)

где

L = 4,1 м – длина отвала;

Н = 1,3 м – высота отвала;

= 0,85 – для связных грунтов;





= 4м

2.2.2 Определение толщины листа кронштейна

Проведем расчет опасного сечения II-II кронштейна на изгиб от наибольшей

силы Р

– Изгибающий момент в сечении:

М = Р

∙ С;

(2.19)

М = 226000 ∙ 120 = 27120000 Н∙мм.

– Для материала Ст3 ГОСТ 380-71 [5] допускаемое напряжение будет:

]

[







;

(2.20)

240

]

[





= 171,4 Мпа,

Рисунок 2.2– Схема кронштейна

где

= 240 Мпа – предел текучести.

– Момент сопротивления:

171

27120000



= 1582000 мм

– Момент инерции:



;

(2.21)

290

1582000





= 229390000 мм

– В соответствии с размерами на рисунке 3 момент инерции сечения II-II:



















(2.22)

– Толщина листа стенки:





















;

(2.23)





















290

125

290

229390000

= 24,6 мм.

Принимаем δ = 25 мм.

Проверка сечения I-I:

– на срез:





;

(2.24)

9500

226000







= 11,9 Мпа < [τ] = 90 Мпа,

где

F – площадь сечения без учета наваренных шайб;

– на смятие:









см

;

(2.25)

226000

см







= 32,3 Мпа < [σ] = 120 Мпа,

где

[σ] и [τ] – допускаемые напряжения.

2.2.3 Проверка сварного соединения

Для сварки материала марки Ст3 ГОСТ 380-71[ 5 ] применяем электроды

типа ЭЧ2 ГОСТ 9467-75[6].

Рисунок 2.3 – Схема
кронштейна

Разработка бульдозерного оборудования для трактора тягового класса 10 - часть 3