Проектирование скрепера прицепного

Курсовая работа

по дисциплине:

Машины для землеройных работ

Проектирование скрепера прицепного

Содержание

Введение

1. Назначение скреперов

1.1 Область применения скреперов

1.2 Классификация скреперов

1.3 Обзор конструкции скрепера

2. Расчет основных параметров скрепера

3. Тяговый расчет скрепера

4. Расчет гидравлической системы скрепера

4.1 Определение усилий в гидроцилиндрах подъема ковша скрепера

4.2 Определение усилий в гидроцилиндрах задней стенки

4.3 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки

4.3.1 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки при открывании

4.3.2 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки при закрывании

Список использованных источников

Введение

Строительное производство относится к одной из древнейших отраслей деятельности человека. Оно стояло на достаточно высоком уровне еще задолго до нашей эры. Широко известны такие образцы строительного искусства, как египетские пирамиды, земляные плотины в Индии и благоустроенные дороги Римской империи. Так, общее протяжение последних к началу нашей эры составило около 78000 км. Строительные и дорожные работы осуществляли вручную. В настоящее время строительное производство немыслимо без его механизации, т.е. без применения специальных машин. Огромный размах строительства повлек за собой и рост производства таких машин. Имеет место тенденция к повышению мощностей машин и к автоматизации связанных с их работой производственных процессов. Намечены к производству еще более мощные двигатели, тракторы и тягачи, которые позволят получить более мощные дорожные и строительные машины, а следовательно, повысить их производительность.

Строительные машины и оборудование для механизации строительства позволяют в десятки, сотни и тысячи раз повысить производительность труда по сравнению, с производительностью при ручных работах, сократить сроки и во много раз снизить стоимость строительства.

Основными работами при строительстве земляного полотна автомобильной дороги являются возведение насыпей и разработка выемок. Строительство зданий и искусственных сооружений на дорогах также связано с производством земляных работ, но объем их невелик по сравнению с объемом работ по сооружению профиля земляного полотна дороги. Земляное полотно, прокладываемое в равнинной или холмистой местности, возводится с использованием грунта, забираемого из боковых резервов, представляющих собой неглубокие выемки, идущие вдоль дороги. Подходы к крупным искусственным сооружениям - мостам, отличаются большими объемами земляных работ по возведению насыпей. Эти насыпи обычно сооружают путем укладки грунта, подвозимого из находящегося в стороне от дороги грунтового карьера.

Сооружение насыпи с использованием грунта из близлежащих выемок на трассе дороги или из карьера связано с перемещением больших масс грунта. Поэтому для обеспечения строительного процесса наряду с землеройными машинами требуются специализированные машины для транспортирования грунта.

Землеройно-транспортными машинами называются такие машины, которые одновременно с отделением грунта от массива перемещают его (транспортируют), причем движение рабочего органа при копании осуществляется перемещением всей машины. При небольших расстояниях отделение и транспортирование грунта происходят одновременно, а при значительных расстояниях после прекращения копания грунт только транспортируется.

Как правило, грунт разрабатывают послойно. Разгрузку можно при необходимости организовать так, чтобы укладка грунта производилась также послойно. Землеройно-транспортные машины имеют сравнительно ограниченное применение, так как они могут выполнять только одной;, образные технологические приемы, и возможности их работы в значительной степени зависят от рельефа местности. Экономически целесообразно перемещать грунт скреперами. с гусеничными тягачами на расстояние до 600-900 м, а с колесными тягачами-до 2-4 км.

Прицепные землеройно-транспортные машины не являются универсальными. При комплексном применении нескольких типов землеройно-транспортных машин могут выполняться почти все основные, а также многие вспомогательные работы в строительстве и даже на открытых разработках.

Землеройно-транспортные машины при работе на подъемах, а также на грунтах с большой влажностью, и на сыпучих грунтах резко снижают производительность, так как при этом значительно уменьшается сцепление ходовой части, особенно колесной, с грунтом.

Скреперы не рекомендуется использовать на очень вязких и липких грунтах. При работе на грунтах III и IV групп грунт требуется предварительно рыхлить.

Основные достоинства землеройно-транспортных машин заключаются в следующем: одна такая машина может разрабатывать, транспортировать и иногда уплотнять грунт. Машины работают без специального транспорта и имеют высокую производительность. Для большегрузных скреперов последняя составляет 8-12 м³/ч на 1 м емкости ковша при дальности возки 600-1000 м, для мощных бульдозеров-до 600 м³/ч при дальности перемещения грунта на 35-50 м и уклонах около 20%. Удельная производительность на 1 чел. обслуживающего персонала достигает 500 м³/ч.

Общим недостатком землеройно-транспортных машин является затруднительность применения их для работы при низких температурах, в очень тяжелых грунтах с включением крупных камней, пней и корней, а также в болотистой местности.

скрепер прицепной тягач гидравлический

1. Назначение скреперов

Скрепером называется землеройно-транспортная машина, приводимая в движение тягачом или собственным двигателем и предназначенная для послойного срезания грунта, транспортирования и разгрузки его, в большинстве случаев (кроме моделей с разгрузкой назад) с последующими разравниванием и уплотнением.

Скрепер является землеройно-транспортной машиной, выполняющей копание, транспортирование, выгрузку, разравнивание (кроме моделей с разгрузкой назад) и частичное уплотнение грунта. Они предназначены для послойной разработки грунта и транспортирования его на расстояния до 500 м, а в случае самоходных машин - даже до 5-8 км. Скреперы обычно устраиваются так, что операция разгрузки у них сочетается с разравниванием грунта, поэтому применения для такого разравнивания специальных средств обычно не требуется.

1.1 Область применения скреперов

Скреперы используются в дорожном, промышленном, гидротехническом и ирригационном строительствах, на вскрышных работах в карьерах при послойной разработке грунта, успешно конкурируя с экскаваторами по стоимости разработки грунта. Скреперы применяются для возведения насыпей, дамб, разработки выемок, вскрышных работ и т.п., в основном для постройки полотна дорог, планирования строительных площадок, на земляных работах в легких и средних грунтах, при перевозке грунта по бездорожью или грунтовым дорогам на расстояние от 0,15 до 5 км с децентрализованной его выгрузкой на значительной площади.

Скреперы применяются при разработке грунтов до IV категории включительно. Чтобы облегчить копание скрепером, тяжелые грунты предварительно разрыхляют рыхлителями, бульдозерами с зубьями на отвале пли плугами.

1.2 Классификация скреперов

Скреперы классифицируют по способу их передвижения, емкости ковша, схеме подвески ковша, способу загрузки и разгрузки и по системе управления.

По способу передвижения скреперы разделяются:

а) прицепные скреперы работают с гусеничным или двухосным колесным трактором или тягачом и большей частью выполняются двухосными, а в некоторых случаях - одноосными. Скреперы с геометрической емкостью ковша 0,75…45 м³ обычно применяют с гусеничными тракторами мощностью II…290 кВт для работ в условиях переменного рельефа, при перемещении грунта по бездорожью на расстояние 0,05…0,2 км при самой малой емкости и 0,3…0,7 км для более мощных машин. В исключительных случаях наибольшие пределы могут быть увеличены на 45…50%. При хороших условиях рельефа и наличии дорог прицепные скреперы могут применяться с двухосными быстроходными колесными тягачами мощностью 50…600 кВт. Это дает возможность увеличить предельную дальность возки для самых малых моделей в 4…5 раз и до 7 раз для наиболее мощных. Нижний предел целесообразной дальности возки при колесных тягачах также возрастает в 4…5 раз, так как на коротких расстояниях они не могут полностью использовать свою скорость. Однако по эффективности применения такие машины уступают полуприцепным и самоходным скреперам, поэтому использовать их следует для работ небольшого объема при наличии прицепных скреперов и двухосных тягачей, не занятых на других работах.

б) полуприцепные скреперы обычно делаются одноосными, поэтому часть своего веса они передают на тягач, что повышает его сцепной вес и улучшает тем самым тяговую характеристику. Полуприцепные скреперы, как правило, рассчитываются на работу с одноосными тягачами, хотя в отдельных случаях для этой цели применяются также и двухосные тягачи. Полуприцепной скрепер с одноосным тягачом представляет собой весьма маневренную тележку с небольшим радиусом поворота, способную развивать скорость до 45…60 км/ч. Эти машины получили наибольшее распространение. Единственным преимуществом двухосных тягачей является возможность получения в одинаковых дорожных условиях более высоких скоростей движения, максимальные значения которых достигают 65…70 км/ч. При емкости 4,5…45 м3 в хороших условиях рельефа и дорог полуприцепные скреперы применяются с колесными тягачами. Реже они используются с двухосными тягачами мощностью 90…330 кВт, иногда до 500 кВт, чаще с одноосными тягачами той же мощности.

в) самоходные скреперы исполняются колесными или гусеничными. Здесь, в отличие от полуприцепной машины, тягач отдельно использован быть не может.

По схеме подвески ковша скреперы разделяются на машины рамной конструкции, где имеется специальная рама, на которой укрепляется ковш, и на скреперы безрамной конструкции, где рамой является сам ковш. Наибольшее распространение получили скреперы безрамной конструкции.

По способу загрузки скреперы можно подразделять на скреперы, у которых наполнение ковша происходит под давлением срезаемой стружки (этот способ связан с преодолением значительных сопротивлений наполнению), и на скреперы с элеваторной загрузкой, когда подъем грунта в ковш производится элеватором, благодаря чему сопротивление наполнению ковша снижается.

По способу разгрузки.

а) Принудительная разгрузка. При принудительной разгрузке обеспечивается наилучшая очистка ковша. Однако при этом развиваются большие усилия и затрачивается значительная работа.

б) При полупринудительной разгрузке днище ковша вместе с задней стенкой поворачивается вокруг своей передней части, что обеспечивает хорошую очистку боковых стенок ковша, но само днище и задняя стенка при липких влажных грунтах очищаются неудовлетворительно.

в) Свободная разгрузка применяется в машинах малой емкости; недостатком свободной разгрузки является неполная разгрузка ковша при работе в вязких и влажных грунтах. При свободной разгрузке грунт выгружается путем опрокидывания всего ковша. Здесь условия очистки ковша от грунта наихудшие, поэтому этот способ применим лишь при емкости ковша до 2…3 м³.

г) Щелевая разгрузка. При щелевой разгрузке днище, поворачиваясь, выводится из-под грунта и в конечном положении наклоняется к горизонту вод углом 72…75°, вследствие чего происходит лучшая очистка ковша.

По системе управления рабочим органом различают скреперы с гидравлическим и канатно-блочным управлением.

Основным достоинством гидравлического механизма управления следует считать возможность принудительного заглубления ножа. Также обеспечивается меньшая металлоемкость и энергоемкость.

У канатно-блочной системы управления подъем рабочего органа производится принудительно, а спуск ковша и заглубление ножа в грунт осуществляются за счет собственного веса, что ухудшает условия работы скрепера во время заглубления на твердых грунтах и удлиняет путь загрузки, а также приводит к неполному закрытию заслонки по окончании загрузки и потерям грунта при его транспортировании. Недостатком канатных систем является передача части силы тяги от трактора к скреперу через канат подъема ковша. При этом канат подвергается перегрузкам. Этот недостаток устраняют введением специальных механизмов, разгружающих канат подъема ковша при транспортировании. Канатное управление применяется в настоящее время сравнительно редко и только в случае прицепных машин.

По виду заслонки: Различают скреперы двух типов: с плавающей и управляемой заслонками. У плавающей заслонки шарниры подвески отнесены назад по ходу и расположены ниже, чем у управляемой заслонки. Также заслонки могут выполняться по одной из трех схем смещения при закрытии. Различают заслонки с положительным смещением, с отрицательным и с нулевым смещением. Это разделение зависит от соотношения радиуса кривизны заслонки и радиуса крепления заслонки.

1.3 Обзор конструкции скрепера

Рабочим органом машины служит ковш, который снабжен ножом. Нож в плане может иметь прямоугольную, ступенчатую и полукруглую формы. Кроме основного ножа к боковым стенкам ковша крепятся еще вспомогательные ножи, которые как бы подрезают грунт, что снижает как общее усилие резания, так и боковые потери грунта. Еще более эффективным в отношении пути загрузки и коэффициента наполнения, в особенности при работе на тяжелых грунтах, является применение криволинейной формы ножа.

В передней части ковша имеется заслонка, которая увеличивает его геометрическую емкость и обеспечивает необходимый для наполнения напор грунта. Заслонка может быть самооткрывающейся (плавающей) или управляемой. Самооткрывающаяся заслонка устроена и подвешена к ковшу так, что она самопроизвольно поднимается под влиянием усилия, действующего на нее со стороны призмы волочения грунта. Подъем и фиксирование в определенном положении управляемой заслонки производятся при помощи специального подъемного механизма, который в случае канатного управления может быть блокирован с механизмом подъема и опускания ковша. Каждому виду грунта соответствует определенная величина подъема заслонки, которая обеспечивает наилучшее заполнение ковша. Однако регулирование высоты подъема, заслонки возможно лишь в случае управляемого варианта, поэтому скреперы, как правило, снабжаются только управляемыми заслонками.

2. Расчет основных параметров скрепера

Расчет основных параметров скрепера произведем в соответствии с рекомендациями / 3 /:

Емкость ковша с шапкой в м³:

'= (0,88.1,12) ´ (1,35 ´ q) (2.1)'= 0,9 ´ 1,35 ´ 6=7 м³

Мощность тягача кВт:

= (0,79.1,21) ´ (10 + 15,5 ´ q) (2.2)=0,8 ´ (10 + 15,5 ´ 6) / 1,36 = 61 кВт

Тяговое усилие в Н:

Т= (0,8.1,2) ´ (11250 ´ q) (2.3)

Т= 1 ´ 11250 ´ 6 = 67500 Н

Вес скрепера в Н:

= (0,78.1,22) ´ (10000 ´ q) (2.4)= 1 ´ 10000 ´ 6 = 60000 Н

Габаритные размеры в мм для скрепера без тягача: длина:

L= (0,92.1,08) ´ (1150 +2750 ´ ) (2.5)= 1,08 ´ (1150 +2750 ´ ) = 6640 мм

ширина:

= (0,86.1,14) ´ (1500 ´ ) (2.6), B= 0,95 ´ (1500 ´ ) =2590 мм

высота:

Не= 0,95 ´ (1400 ´ ) = 2416 мм

База в мм:

= (0,87.1,13) ´ (1200 + 2000 ´ ) (2.8)=1,07 ´ (1200 + 2000 ´ ) = 4680 мм

Радиус поворота в мм:

= (0,92.1,08) ´ (1900 + 3300 ´ ) (2.9)= 1 ´ (1900 + 3300 ´ ) = 7100 мм

Колея в мм передних колес:

_n= (0,8.1,2) ´ (100 + 900 ´ ) (2.10)_n= 0,8 ´ (100 + 900 ´ ) = 1400 мм

задних колес:

_з= (06.1,15) (600 + 1300 ´ ) (2.11)_з= 0,8 ´ (600 + 1300 ´ ) = 2260 мм

Габаритные размеры ковша в мм:

длина:

_k= (0,84.1,16) (660 ´ ) (2.12)_k=1 ´ (660 ´ ) = 1200 мм

ширина:

В_k= (0,85.1,15) ´ (1380 ´ ) (2.13)

В_k= 0,95 ´ (1380 ´ ) = 2400 мм

высота боковой стенки:

Н_б == (0,83.1,17) ´ (710 ´ ) (2.14)

Н_б == 0,97 ´ (710 ´ ) = 1200 мм

ширина резания:

= (0,87.1,13) ´ (400 +1200 ´ ) (2.15)= 0,9 ´ (400 +1200 ´ ) = 2200 мм

высота подъема передней заслонки:

_з = (0,8.1,2) (716 ´ ) (2.16)_з = 0,85 ´ (716 ´ ) = 1100 мм

Толщина отсыпаемого слоя грунта в мм:

= (0,75.1,25) ´ (225 ´ ) (2.17)

= 0,85 ´ (225 ´ ) = 350 мм

Удельная мощность в кВт:

_уд= ( (0,85.1,15) ´) / 1.36 (2.18)_уд= (1,1 ´) / 1.36= 12,1 кВт/м³

3. Тяговый расчет скрепера

Для определения типа тягача, используемого для привода прицепного скрепера необходимо выполнить расчет сопротивлений, возникающих при перемещении скрепера:

 (3.1)

где  - сопротивление перемещению груженого скрепера;

 - сопротивление резанию;

 - сопротивление наполнению ковша;

 - сопротивление перемещению призмы волочения;

Сопротивление перемещению груженого скрепера:

 (3.2)

где -вес скрепера в Н, =60000 Н;

-вес грунта в ковше;

-коэффициент сопротивления передвижению, =0,12;

-уклон поверхности движения;

Вес грунта в ковше находится по формуле:

 (3.3)

где q - геометрическая вместимость ковша в м³, q = 6м³;

g_г - объемный вес грунта в естественном залегании, g_г =16000 Н/м³;_н - коэффициент наполнения ковша грунтом, k_н =1,1;_р - коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера, k_р =1,2;

Сопротивление грунта резанию определяется по формуле:

 (3.4)

где k-удельное сопротивление резанию в Н/м², k =75000 Н/м²;толщина стружки, h =0,05 м;

Полное сопротивление заполнению ковша складывается из сопротивления силы тяжести грунта, поступающего в ковш, и сопротивления трению грунта в ковше.

Сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта определяется по формуле:

 (3.5)

где b - ширина резания, b=2,2м; g_{г -} объемный вес грунта; H - высота наполнения ковша, =1,2 м.

Сопротивление трению грунта по грунту в ковше возникает в результате давления боковых призм, располагающихся по обе стороны столба грунта, при его перемещении в вертикальном направлении внутри ковша и определяется по формуле:

 (3.6)

где  (3.7)

j₂-угол внутреннего трения грунта, j₂ =28°.

Сопротивление перемещению призмы волочения равно:

 (3.8)

где y-коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и ножами ковша, y =0,6;высота наполнения, H=1,2 м;ширина резания;

m₂-коэффициент трения грунта по грунту, m₂ =0,4;

Суммарное сопротивление перемещению скрепера будет равно:

Для перемещения скрепера требуется тягач с тяговым усилием не менее 50 кН. Для этих целей подходит колесный тягач Т-150 с номинальным тяговым усилием 86400 Н при скорости движения 1 м/с. Сила тяги по сцеплению должна превышать все сопротивления. Произведем проверку тягового баланса:

, (3.9)

где Т_сц - реализуемая сила тяги по сцеплению,

где G_т - вес тягача, G_т =72590 Н; j - коэффициент сцепления, j = 0,85;

Условие тягового баланса выполнено, поэтому этот тягач можно применять для возки прицепного скрепера емкостью 6м³.

4. Расчет гидравлической системы скрепера

.1 Определение усилий в гидроцилиндрах подъема ковша скрепера

Рисунок 4.1-Расчетная схема

Гидроцилиндры должны обеспечить выглубление ковша при наиболее неблагоприятных условиях нагружения. За такое положение принимается начало выглубления полностью заполненного ковша с шапкой.

; (4.1)

где P1,P2 _- касательная и нормальная составляющие сопротивления копанию, P₂=0.2´ P_1; G - вес ковша с грунтом, =110000 Н; R_{3 -} реакция грунта на задние колеса, =55000кН; F₃ - сопротивление перекатыванию задних колес, кН; l,l₁. l₅ - плечи соответствующих сил относительно точки О; m - количество гидроцилиндров подъема ковша;

Максимально возможное значение касательной составляющей сопротивления копанию в данном расчетном положении равно силе тяги тягача за вычетом сопротивления перекатыванию скрепера:

 (4.2)

где j - коэффициент сцепления колес с грунтом; f - коэффициент сопротивления перекатыванию колес скрепера; G_{сц -} сцепной вес скрепера;

Вес ковша с грунтом определяется по формуле:

 (4.3)

где G_{к -} вес порожнего ковша;

g - плотность грунта;- ускорение свободного падения;

Тяговое усилие трактора определяется по технической характеристике завода-изготовителя, с учетом сцепления тяговое усилие равно Т=61701Н;

4.2 Определение усилий в гидроцилиндрах задней стенки

За расчетное положение принимаем начало перемещения задней стенки при ковше заполненном с шапкой, и открытой заслонкой ковша. Усилие, необходимое для выдвижения гидроцилиндров определяется по формуле:

 (4.4)

где n-количество гидроцилиндров задней стенки.

Сила трения грунта о днище F_g равна:

 (4.5)

где m-коэффициент трения грунта о металл, m =0,4;

Сила трения грунта о боковые стенки ковша определяется по формуле:

 (4.6)

где Е_а - сила, действующая со стороны грунта в ковше на боковую стенку:

 (4.7)

где H_{б. с. -} высота боковой стенки;_{к -} длина ковша;

x-коэффициент бокового давления, который определяется по формуле:

 (4.8)

где j - угол внутреннего трения грунта;

Сила сопротивления перемещению роликов задней стенки по днищу ковша определяется по формуле:

 (4.9)

где G_{ст -} вес задней стенки;- коэффициент сопротивления качению роликов, f=0,12;

4.3 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки

4.3.1 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки при открывании

Рисунок 4.2 - Схема к расчету усилий в ГЦ привода заслонки

Определение усилий при открывании заслонки будем производить по формуле:

 (4.10)

где G_{з -} вес заслонки,=10000Н;_{1 -} нормальная сила, действующая на заслонку от грунта в ковше;_{1 -} сила трения грунта о внутреннюю поверхность заслонки;_{2 -} сила трения призмы грунта о боковые стенки, T₂ =0;,l₁. l₄ - плечи соответствующих сил относительно точки О;- количество гидроцилиндров заслонки, k =1;- передаточное число механизма подъема заслонки, i=2;

Рисунок 4.3 - Механизм подъема заслонки

Нормальная сила грунта находится по формуле:

 (4.11)

где s₁ - нормальное давление на поверхность заслонки;

 (4.12)

- ширина заслонки;длина развернутой поверхности заслонки;

 (4.13)

где b-центральный угол заслонки, b=75^o;

Сила трения призмы грунта о боковые стенки находится по формуле:

₁=R₁´m (4.14)₁=36036´0.4=14414Н

4.3.2 Определение усилий в гидроцилиндрах заслонки при закрывании

Расчет усилия в гидроцилиндре привода заслонки будем осуществлять в соответствии с рекомендациями / 1 /:

 (4.14)

где R_{3 -} нормальная сила, действующая на внешней поверхности заслонки; T₃ - сила трения на внешней поверхности заслонки; R_{4 -} сила сопротивления вдавливанию в грунт нижней заслонки; R₅-сила сопротивления вдавливанию в грунт боковых щек и тяг.

 (4.15)

гдеq_o - поправочный коэффициент, = 2,2;

s_пр - вес призмы волочения, s_пр= 1841Н;

,  (4.16)

,  (4.17)

S   ширина нижней кромки, S =0,02 м;

Список использованных источников

1. Щемелев А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: Учеб. пособие. - Могилев: ММИ, 1995. - 322 с.: ил.

. Алексеева Т.В., Артемьев К.А., Бромберг А.А. и др. Дорожные машины. Часть 1. Машины для земляных работ. Изд. 3-е перераб. и доп. М., "Машиностроение”, 1972, 504 стр.

. Домбровский Н.Г., Гальперин М.И. Землеройно-транспортные машины. Учебник М., "Машиностроение”, 1965, 273 стр.

. Хархута Н.Я., Капустин М.И., Семенов В.П., Эвентов И.М. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчет. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М., "Машиностроение”, 1976, 472 стр., ил.

. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд. перераб. и дополн. М., "Высш. шк.", 1984, 336 стр., ил.

. Домбровский Н.Г., Картвелишвили Ю.Л., Гальперин М.И. Строительные машины. Учебник для вузов в 2 частях. Часть 1. М., "Машиностроение”, 1976, 391 стр., ил.