Проектирование машин для землянных работ - часть 1. Страница 1

38.623-5-02я73
УДК 621.87+625.7
Проектирование машин для земляных работ / Под ред. А. М. Холодова,—X.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986.— 272 с.
В учебном пособии даны сведения о содержании проектноконструкторской деятельности, об особенностях организации проектирования в вузах. Систематизированы расчетные положения. Рассмотрен расчет основных параметров бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, экскаваторов цикличного и непрерывного действия, погрузчиков, машин для уплотнения грунтов. Показано определение внешних нагрузок для расчетов на прочность. Приведены справочные данные, отражающие положения стандартов и результаты последних исследований. Затронуты вопросы технической эксплуатации машин и охраны труда, эргономические требования. Изложены методы нахождения технико-экономических показателей.
Нормативные материалы приведены по состоянию на 1 января 1986 г.
Для студентов, обучающихся по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование».
Табл. 56. Ил. 127. Библиогр.: 65 назв.
Рецензенты: кафедра строительных машин Днепропетровского инженерно-строительного института, кафедра строительных машин Киевского инженерно-строительного института.
Редакция научно-технической литературы Зав. редакцией JI. А. Гаврилова
8264010000-022 П М226(04)-86 261
© Издательское объединение «Вища школа», 1986
В строительстве, гидромелиорации, на открытых горных разработках массовые земляные работы занимают одно из ведущих мест. По мере возрастания сложности сооружений, масштабов промышленного, гражданского, транспортного строительства, развития добывающей промышленности объемы таких работ в СССР непрерывно увеличиваются, достигая 20 млрд. ма в год. Быстрыми темпами совершенствуются техника и технология производства земляных работ. Перед конструкторами земле-1 ройных и землеройно-транспортных машин возникают новые, все более сложные задачи по осуществлению технического прогресса в данной отрасли машиностроения.
Для подготовки специалистов, способных решать эти задачи, в инженерно-строительных, автомобильно-дорожных и других вузах нашей страны учебными планами предусмотрено выполнение курсовых и дипломных проектов по конструированию машин для земляных работ. Объем и содержание таких проектов регламентируются программой курса «Машины для земляных работ». Основными пособиями являются учебники и атласы конструкций.
Вместе с тем опыт работы кафедр, ведущих проектирование, показывает, что для продуктивной его организации этой литературы недостаточно. Излагаемые в учебниках сведения по конструкции, теории и расчету позволяют наметить лишь структурную схему проекта, а атласы — выбрать конструктивное решение. В указанных пособиях отсутствуют необходимые фактические данные о размерах, массе отдельных элементов машин, которые могут приниматься в качестве прототипов, о расчетных положениях и расчетных схемах, требующих рассмотрения и сопоставления; нет методических рекомендаций по вопросам проектирования, отсутствуют рекомендации о технико-экономической, эргономической оценках проектных решений. Настоящее учебное пособие существенно восполняет указанные пробелы и призвано облегчить организацию проектирования и руководство им.
В первом разделе показаны направления развития землеройной техники исходя из задач, поставленных перед строительным и дорожным машиностроением 1. Рассмотрены методические вопросы организации проектирования в вузе. Второй раздел посвящен методам обоснования и выбора рациональных параметров машин с учетом современных достижений в области интенсификации их рабочих процессов. В третьем разделе представлены расчеты машин на прочность с оценкой долговечности. Наиболее подробно рассмотрены расчетные положения по основным типам машин, применяемым в строительстве. Эти сведения облегчат проектировщику определение действующих нагрузок. В четвертом разделе впервые в литературе данной тематики нашли отражение содержание конструкторской документации по технической эксплуатации машин и правила ее оформления в соответствии с требованиями ГОСТа. Значительное внимание уделено основным положениям охраны труда и эргономики (пятый раздел). Описан порядок проектирования устройств, обеспечивающих безопасную работу персонала. В шестом разделе даны методы расчета технико-экономической эффективности проектируемых машин и необходимые для этого справочные материалы.
Книга содержит положения из действующих инструкций и ГОСТов, знание и применение которых необходимо в расчетно-конструкторской практике. Авторы надеются, что учебное пособие будет полезным не только студентам, но и начинающим инженерам-конструкторам.
Разд. 1, 4 написаны А. М. Холодовым, разд. 2 — В. К. Рудневым, разд. 3 — В. В. Ничке, разд. 5 и подразд. 3.6 — JI. В. Назаровым, разд. 6 — Е. Н. Лысиковым.
Авторы будут благодарны за замечания и рекомендации по совершенствованию учебного пособия.
ОРГАНИЗАЦИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
1.1.1. Постановка задачи
Задача конструктора — создать машину, обеспечивающую выполнение определенного технологического процесса и обладающую лучшими технико-экономическими показателями по сравнению с существующими машинами (устройствами, приспособлениями) аналогичного назначения. Объем работы и сложность поставленной задачи зависят от того, проектируется ли новая машина с оригинальным принципом действия или модернизируется ранее выпускавшаяся, поручено ли конструктору проектирование всей машины или отдельного ее узла, является ли машина обособленной единицей или частью механизированного комплекса, а также от того, в какой мере изучены условия работы и технологический процесс. Для успешного ее решения, в первую очередь, необходимо знать современное состояние, пути и перспективы развития не только данной отрасли техники и технологии, но и смежных отраслей, продукция которых привлекается при комплектовании сложных машинных агрегатов, какими являются машины для земляных работ.
Машины для земляных работ выполняют следующие технологические функции: разрыхление грунтов, разработку грунтов, их перемещение, планировку (отделку) грунтовых поверхностей, уплотнение грунтов. Они обладают различной степенью универсальности: одни способны выполнять все указанные функции (бульдозеры, скреперы), другие специализированы на выполнении определенных операций (рыхлители, уплотняющие машины). Тем не менее проектирование всех видов этих машин требует учета специфических условий работы, которые имеют много общего.
1.1.2. Характеристика условий работы
Грунты являются материалом, с которым взаимодействуют рабочие органы и ходовые устройства, а основные процессы заключаются в разрушении, перемещении и уплотнении этой среды. Свойства грунтов варьируются в широком диапазоне, что затрудняет создание достаточно надежных методов расчета возникающих нагрузок и их прогнозирование при конструировании машин. К тому же на значения нагрузок существенно влияют применяемые операторами приемы работы, сочетание неблагоприятных факторов носит случайный характер, а вероятность возникновения расчетных нагрузок изучена недостаточно.
Работа машин протекает в разнообразных и переменных природных условиях, характеризующихся значительными колебаниями температуры, влажности грунта и воздуха, наличием пыли и абразивов, многообразием микро- и макрорельефа местности. Технологические процессы связаны с необходимостью непрерывного или периодического передвижения машин. Роль этой операции неодинакова в различных технологических процессах, что определяет разный подход к оценке транспортных возможностей, транспортабельности и устойчивости различных машин. Автономность машин для земляных работ при ограниченной устойчивости грунтов в забоях и сооружениях создает условия, не исключающие возможности опрокидывания и прочих аварийных ситуаций. Наряду с другими переменными факторами, требующими постоянного внимания оператора, а также непосредственным влиянием шума, вибраций, сотрясений, указанное приводит к повышенной утомляемости, в результате чего возрастает роль мероприятий по созданию крмфорта на рабочем месте, охране труда персонала и технике безопасности.
Земляные работы необходимы не только в населенных пунктах, но и на значительном удалении от них; в результате нередко машины рассредоточены на больших пространствах вдали от постоянных баз снабжения и технического обслуживания.
1.1.3. Требования, предъявляемые к машинам
Наиболее полное представление о рабочем процессе машины можно получить, составив его системное описание. На рис. 1.1 схематически изображена модель рабочего процесса землеройной машины в виде системы оператор — машина — среда. Вход системы — задание оператору на выполнение технологического процесса устройства грунтового сооружения. Системные объекты соединены между собой прямыми и обратными связями. Оператор осуществляет управляющее воздействие на
н    g    3
S    «    5
£    V    S
S    S    Ю
H    Я    О
о    X    R
о    a>    о
A
Я =* ffl ^ o§
w о г»    22 |g|
&
О О 2 «
<
Рис. 1.1. Структурная схема системы оператор — машина — среда
A
I ■
! Sfi
: сл
- - о H Н 55 о К о я и я CS ‘ га
£ §■§ £ ё 8.2 & Sfc|*°-^EK
т; г    и «. л аз    С я § *- С. Ч $ B.W р. Ьн 03 t" С со
A
§    а* В    s о    и К    ф EJ    С Я    * Ь-    и га    о >>    t? ч    3 с    я У    х «    (У СП    fc-
Si *
«
о РЗ . о ex х
&• 55 ^ 5 - • 1 t « Я '■>    t- н w <С 2 о Си 3    ®
ь    g 3 S g    siL §    к = *£§ *5    о s » я О    6— <га t=; я    а и со О    о ад и о м
Л 2 * to « о 5 , Си <и о а* ** К а 5*1 (-р >»о 5ач е н о О- у 33 в> 3 х £ 2 Р СП « е
ЙЙ    . « о    g ^ Д    e ё *    я s 2    c o> 5    to
& BJ л
§ 2 Ь га S* о со е
м    (а °    ь со
CQ

машину, для чего он должен обладать определенной квалификацией. Для успешного выполнения технологического процесса машина, соответствующая своему назначению, должна удовлетворять еще целому ряду требований, к которым относятся следующие: 1.    Энергетические — оптимальная мощность первичного двигателя, недефицитность применяемого вида топлива и топливная экономичность или небольшой удельный расход электроэнергии, соответствие характеристики двигателя режиму работы машины. 2.    Конструкторско-технологические — прочность, надежность, простота изготовления отдельных деталей с использованием передовой технологии, блочность конструкции, унификация агрегатов одинакового назначения и близких типоразмеров, широкое использование комплектующих изделий массового производства, правильный выбор смазочных материалов и устройств, надежная защита трущихся поверхностей от абразивов, коррозионная защита, применение блокировочных и предохранительных устройств, предупреждающих поломки и аварии. 3.    Эксплуатационно-технологические — обеспечение заданной производительности в расчетных условиях; простота и удобство технического обслуживания, замены агрегатов и быстроизнаши-вающихся деталей, регулировок в полевых условиях; ремонто-йригодность; достаточная продолжительность работы на одной заправке. 4.    Эргономические — комфортные условия на рабочем месте оператора, исключение возможных вредных воздействий, достаточная степень автоматизации и роботизации процессов управления, избавляющая оператора от необходимости решать сложные логические задачи. 5.    Экологические — исключение вредного влияния на окружающую среду. 6.    Экономические — невысокие стоимость единицы продукции, удельные приведенные затраты. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой конструкции — высший критерий ее эффективности. Тем не менее перечисленные требования, включая и экономические, часто носят противоречивый характер. Задача конструктора состоит в том, чтобы выбрать из множества возможных вариантов технических решений оптимальный, т. е. наиболее полно удовлетворяющий всему комплексу требований. Так как машины для земляных работ функционируют на открытых пространствах, средой является вся совокупность природно-климатических условий, в том числе грунт — их главный компонент, являющийся одновременно и обрабатываемым материалом. Из числа компонентов, определяющих понятие среды, для достаточно полной характеристики системы следует ввести в модель атмосферу и растительный покров. Применительно к рассматриваемому процессу грунтовая среда характеризуется внешним рельефом, влажностью, плотностью, прочностью (сопротивление качению и копанию), степенью абразивности, однородностью и рядом других характеристик, влияющих на процессы разработки и транспортирования. Виды растительности и ее свойства также действуют на эти процессы, однако в модели системы они могут и не рассматриваться, поскольку'их влияние устраняется с помощью специального оборудования. Состояние атмосферы — температура, влажность, запыленность и загазованность, химический состав, сила ветра имеет значение для функционирования системы. Задача системного анализа заключается в том, чтобы в зависимости от поставленной цели исключить из рассмотрения второстепенные свойства объектов, целесообразно упростить описание системы для принятия конструкторских решений и обоснования расчетных положений. Например, показанная на рис. 1.2 структурная схема подсистемы машина — грунт земле-ройно-транспортной машины цикличного действия пригодна для того, чтобы описать условия возникновения максимальной нагрузки с учетом динамики процесса копания. Входом является единичное управляющее воздействие оператора через механизмы управления, задавшего двигателю с характеристикой М(п) режим внешней характеристики, включившего определенную передачу трансмиссии (передаточное отношение i, к. п. д. т]) и опускающего в грунт рабочий орган машины со скоростью vy. Таким образом, машина массой т движется с максимальной начальной скоростью ун, развиваемой на данной передаче трансмиссии. Двигатель передает на движитель окружное усилие Р. В зависимости от условий сцепления реализуется окружное усилие Р,р. Свойства грунта представлены коэффициентом сопротивления качению f, удельным сопротивлением копанию К» коэффициентом сцепления ф, продольным уклоном а. При известных скорости опускания в грунт рабочего органа, площади сечения F вырезаемого слоя грунта, сопротивлении копанию Р« находят интенсивность возрастания сопротивления копанию Ау записывают уравнение движения машины в дифференциальной форме и в результате его решения определяют динамическую и общую нагрузки на рабочий орган. Для решения других задач, возникающих при проектировании машин, могут потребоваться другие подсистемы, иные их описания; однако методика систем^ ного анализа во всех случаях дает возможность достаточно пол-но учесть и проанализировать свойства систем и избежать крупных лросчетов. ►
f Рис. 1.2. Структура подсистемы машина — грунт при определении внешней нагрузки 1.1.4. Главные направления развития конструкции Чтобы повысить технический уровень выпускаемой продукции, необходимо улучшать технико-экономические показатели машин, повышать их универсальность, широко использовать унифицированные узлы и детали, снижать трудоемкость изготовления, расширять применение гидропривода и средств авто-матики, улучшать условия труда операторов. Ускорение выпуска землеройных машин повышенной единичной мощности — важнейшая социально-экономическая задача, так как повышение производительности труда должно достигаться путем интенсификации производственных процессов за счет увеличения выработки рабочего (оператора), но не за счет дополнительной нагрузки на его организм. Производительность, как и мощность двигателя машины, зависит от преодолеваемых сопротивлений и скоростей, на которых выполняются рабочие операции. Таким образом, если иметь в виду традиционные принципы действия машин, генеральными направлениями развития являются увеличение их размеров и повышение скоростей. Уже не считаются предельными вместимость ковша экскаватора 150 м3, скрепера 40 м3, мощность базового тягача бульдозера 1000 кВт. Повышение скоростей имеет пока более жесткие пределы, связанные с ограниченными возможностями операторов своевременно и четко реагировать на меняющиеся условия протекания процессов копа, ния и транспортирования грунта. Однако совершенствование приводов управления, внедрение средств автоматизации управления, применение более прогрессивных ходовых систем землеройно-транспортных машин способствуют решению и этой задачи. Кроме того, продолжается изменение параметров и принципов действия машин путем создания рабочих органов, адаптирующихся к условиям производства работ, активизации процессов резания и копания. Например, перспективно использование сменных рабочих органов, регулируемых углов установки ножей и ковшей, выдвижных дополнительных ножей и зубьев, применение двухщелевой загрузки ковшей, использование преимуществ косого резания, а также создание благоприятных условий для снижения сопротивлений от действия сил трения и прилипания, возникающих в ковшах и на отвалах при их наполнении и разгрузке. В частности, практичен и достаточно апробирован метод газовой смазки поверхностей трения отвалов и ковшей: дополнительные затраты энергии на создание смазочного слоя компенсируются снижением общих удельных затрат энергии вследствие увеличения производительности машин на 25... 30%, а иногда и более. Одной из важнейших задач является повышение надежности машин для земляных работ. Наряду с применением современных износостойких и высокопрочных материалов, передовой технологии и рациональных конструкторских решений, надежных уплотнений, закрытых передач, автоматической смазки, большую роль в современной расчетно-конструкторской практике приобретают расчеты на заданную долговечность, с основами которых знакомит разд. 3 пособия. Все больше внимания уделяется эргономическим свойствам машин. В первую очередь это касается поста управления, рациональная конструкция которого способствует снижению утомляемости операторов и существенному повышению производительности труда. Основные требования к посту управления изложены в разд. 5. Здесь можно отметить, что все шире используются гидравлические приводы управления, обладающие высокими техническими данными и позволяющие наиболее эффективно автоматизировать рабочие процессы машин для земляных работ. Перспективно также применение модульного принципа проектирования наряду с унификацией. Отраслевая унификация основана на создании рациональных размерных рядов машин одинакового и близкого назначения, а межотраслевая — на широком использовании деталей, узлов и агрегатов массового производства, выпускаемых смежными отраслями промышленности. 1.2. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Порядок разработки конструкторской документации на все промышленные изделия регламентирует ГОСТ 2.103—68 «ЕСКД. Стадии разработки», который с изменениями, введенными с 01.01.82, соответствует СТ СЭВ 208—75. Указанными законодательными документами установлены следующие стадии проектирования: 1. Техническое предложение. 2. Эскизный проект. 3. Технический проект. 4. Рабочая конструкторская документация: а) опытного образца; б) серийного (массового) производства. Начальной стадией является техническое предложение, разрабатываемое на основе подбора и изучения материалов, которые характеризуют современное состояние данной отрасли техники. После рассмотрения и утверждения техническое предложение кладется в основу дальнейших разработок. В техническом предложении выявляются варианты возможных решений, производится их укрупненная конструкторская проработка в объеме, достаточном для сравнительной оценки; осуществляется проверка на патентную чистоту, на соответствие требованиям техники безопасности и промышленной санитарии; в результате сопоставления по надежности, экономичности, технологичности с учетом требований эргономики, эстетики, стандартизации и унификации обосновывается выбор оптимального варианта (подробно см. ГОСТ 2.118—73), Эскизный проект (ГОСТ 2.119—73) разрабатывается, если это предусмотрено техническим предложением, с целью найти принципиальные технические решения изделия и способствовать дальнейшей их проработке. В нем решаются вопросы транспортировки и упаковки изделия, выясняется необходимость изготовления и испытания макетов, выявляются нужные комплектующие изделия и материалы, уточняются требования и определяются технико-экономические показатели, не установленные техническим предложением. Технический проект (ГОСТ 2.120—73) разрабатывается, чтобы выявить окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции изделия. В нем содержатся следующие материалы: оценка окончательного варианта по всем требованиям и показателям; все необходимые расчеты; оценка изделия по всем критериям, включая эксплуатационные данные и требования к изготовлению и испытанию макетов; мероприятия по унификации и стандартизации; ведомости комплектующих и покупных изделий; перечень работ по составлению документации. Рабочая конструкторская документация, необходимая для промышленного изготовления изделия, включает в себя рабочие чертежи деталей, сборочные чертежи, монтажные чертежи и схемы, спецификации и ведомости комплектующих и покупных изделий, технические условия на изготовление, сборку, испытания. Промышленная продукция подлежит аттестации по двум категориям качества — высшей и первой. Уровень качества определяется в соответствии с ГОСТ 15467—79 на основе сравнительных оценок. По условиям учебного процесса вуза выполнение курсовых и дипломных проектов в описанном выше порядке, а также в полном объеме одной из установленных ГОСТом стадий не представляется возможным. Поэтому в задании на проектирование должны быть четко ограничены объем и содержание выполняемой конструкторской работы. Учебный проект целесообразно планировать так, чтобы х»н состоял из различных стадий проектирования. Например, в случае конструирования машины с новым принципом действия, не имеющей прототипов, следует ориентироваться в основном на содержание технического предложения. При этом отдельная сборочная единица разрабатывается на уровне эскизного или технического проекта, а отдельные детали проектируются применительно к требованиям рабочей конструкторской документации. При модернизации выпускаемых машин основой служит содержание эскизного проекта, а дополнение включает в себя элементы технического и рабочего проектирования. В соответствии с требованиями к проектам, выполняемым по заданиям производственных организаций, в эти рекомендации могут быть внесены существенные коррективы. 1.3. ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1.3.1. Порядок дипломного проектирования Дипломный проект является самостоятельной творческой работой выпускника высшего учебного заведения, отражающей уровень его идейно-политической и специальной подготовки и умение применять полученные знания на практике. В данном случае имеются в виду навыки конструирования и расчета машин для земляных работ, полученные в процессе обучения в институте и на производственной практике, и творческая инициатива дипломника. Инструктивными указаниями Минвуза СССР установлено, что за содержание дипломного проекта и его защиту ответственность несет дипломник. Использование им материалов настоящего учебного пособия ни в коей мере не должно ограничивать тематическую направленность дипломного проектирования. Наоборот, следует приветствовать попытки совершенствования рабочих процессов машин, разработки новых принципов их взаимодействия со средой, уточнения расчетных методов, изложенных ниже. Возможна замена дипломных проектов дипломными работами, в которых основным содержанием является исследование функциональных связей отдельных параметров процессов, характерных для машин данного назначения. Однако это не исключает целесообразности формулирования некоторых общих требований к содержанию и оформлению дипломных проектов. Темой проекта может быть создание новой или модернизация выпускаемой машины, предназначенной для производи ства одного или нескольких видов земляных работ, а также создание или совершенствование стендов, установок, специальной аппаратуры и устройств для испытаний, исследования рабочих процессов, технического обслуживания, ремонта агрегатов и деталей машин данного назначения. В проекте должны быть доказаны технико-экономические, социальные преимущества предлагаемых проектных решений по сравнению с существующими. В зависимости от степени новизны и сложности поставленных задач работа может выполняться на уровне и в объеме технического предложения или эскизного проекта. Тем не менее целесообразно практиковать более глубокую разработку отдельных элементов- на уровне технического и даже рабочего проектирования. Последнее чаще всего доступно применительно к отдельным деталям и может включать в себя разработку рабочего чертежа и технологии изготовления, проектирование необходимых приспособлений. Задание на проектирование должно содержать название темы проекта, исходные данные для 'проектирования, перечень основных разделов пояснительной записки и листов графической части. При проектировании землеройно-транспортных машин исходными данными могут быть техническая характеристика! базового тягача, для которого предстоит спроектировать прицепное или навесное оборудование, а также особенности назначения (например, грунтовые условия, главный вид выполняемых работ). Могут задаваться основной параметр ковша, отвала, производительность, особенности назначения. При проектировании одноковшовых экскаваторов задаются вместимость ковша, назначение экскаватора, вид рабочего оборудования; для многоковшовых экскаваторов устанавливаются производительность, параметры забоя, вид рабочего оборудования. Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части объемом 100... 120 страниц рукописного текста и 10...15 чертежей соответственно. Во время защиты дипломного проекта на рассмотрение государственной экзаменационной комиссии (ГЭК) представляются отзывы руководителя, заключение рецензента проекта. При оценке результатов защиты дипломных проектов принимаются во внимание тема проекта (актуальность, новизна, практическое значение, целесообразность внедрения в производство)* содержание выполненной студентом работы (глубина проработки, использование современных методов расчета, степень охвата основных вопросов проектирования, систематизация материала, грамотность изложения), объем и качество оформления проекта, содержание и форма доклада дипломника, его ответы на заданные вопросы, заключение рецензента и ответы дипломника на рецензию, отзыв руководителя, общий уровень подготовки студента по дисциплинам учебного плана. Дипломный проект выполняется по индивидуальному плану-графику, который утверждается и контролируется руководителем. 1.3.2. Содержание пояснительной записки Пояснительная записка состоит из содержания, введения, ряда разделов, отражающих разработки дипломника, списка использованной литературы, приложений. Примерный перечень разделов, методика их индексации и комментарии даны ниже. При этом авторы стремились наиболее полно отразить возможный состав пояснительной записки дипломного проекта конструкторского профиля. В зависимости от уровня решаемой задачи перечень может быть изменен. 1. Введение. Приводится краткое обоснование актуальности темы проекта со ссылками на соответствующие решения КПСС, -Совета Министров СССР и на современные источники научно-технической информации. Даются краткая характеристика основной идеи проекта и перечень вопросов, получивших в нем творческое решение. 2.    Основные параметры проектируемой машины. По результатам изучения литературы и материалов преддипломной практики в виде отдельных подразделов обосновывается выбор принципиальной схемы и исходных параметров для проектируемого объекта. Например: 2.1.    Назначение и область применения машины. 2.2.    Обзор существующих конструктивных решений машин данного назначения и разработка принципиальной схемы. 2.3.    Обоснование и расчет основных параметров. Устанавливаются масса, рабочие усилия, тип, размеры и геометрия рабочего органа, рабочие и транспортные скорости, мощность двигателя. * 3.    Определение действующих нагрузок и расчеты на прочность и долговечность. Например: 3.1.    Обоснование расчетных положений и нахождение внешних нагрузок. 3.2.    Установление нагрузок в приводах управления. 3.3.    Выбор материалов и расчеты на прочность. Возможно выделение следующих подразделов: 3.3.1.    Металлоконструкции. 3.3.2.    Передачи и т. д. 3.4.    Оценка долговечности основных элементов конструкции. 3.5.    Технико-экономический анализ эффективности конструкторских решений. 4.    Автоматизация рабочего процесса. 4.1.    Обоснование необходимости автоматизации. 4.2.    Составление технических условий на проектирование автоматической системы. 4.3.    Разработка принципиальной схемы и расчет основных параметров автоматической системы. 4.4.    Выбор элементов системы и их технические характеристики. 5.    Мероприятия по охране труда и окружающей среды. 5.1.    Анализ условий работы персонала проектируемой машины. 5.2.    Установление опасных зон и разработка мероприятий по охране труда. 5.3.    Выявление вредного влияния рабочего процесса машины на окружающую среду. 5.4.    Расчетно-конструкторская разработка конкретного мероприятия по охране труда и окружающей среды. Например, расчет устойчивости, составление карты обзорности, создание комфорта на рабочем месте, устранение или уменьшение вредных выбросов. 6.    Научно-исследовательская разработка. Внедрение научных исследований в учебный процесс на старших курсах вузов должно сопровождаться использованием результатов в дипломном проектировании. Поэтому необходимы тематическая увязка данных форм учебного процесса и определение направления дипломного проектирования одновременно с выдачей задания на научную работу. Примерная схема этого раздела следующая: 6.1.    Аналитический обзор. Цель и задачи исследования. 6.2.    Теоретические предпосылки. 6.3.    Экспериментальное исследование. Методика. Аппаратура. Результаты эксперимента и их сравнение с теоретическими предпосылками. 6.4.    Выводы и результаты использования научной разработки в дипломном проекте. 7.    Разработка вопросов технической эксплуатации. Составление инструкции по эксплуатации машины или дополнений к действующей инструкции при модернизации машины. Разработка мероприятий по техническому обслуживанию (смазка, заправка, регулировка, содержание технических уходов и обслуживаний И др.). 8.    Технологическая часть. 8.1.    Разработка технологического процесса изготовления или ремонта характерной детали проектируемой машины, разборки и сборки одного из агрегатов. 8.1.1.    Технические условия на изготовление (ремонт, сборку). 8.1.2.    Выбор оборудования и инструмента. 8.1.3.    Расчет режимов обработки и норм времени. 8.2. Конструирование и расчет приспособления, технологической оснастки. 9.    Определение технико-экономической эффективности предлагаемой конструкции. . 9.1.    Выбор показателей сравнительной экономической эффективности. 9.2.    Расчет капитальных вложений. 9.3.    Определение годовой эксплуатационной производительности. 9.4.    Расчет годовых текущих затрат. 9.5.    Нахождение народнохозяйственного экономического эффекта. 9.6.    Расчет удельных показателей (материалоемкость, трудоемкость, энергоемкость) и срока окупаемости. 9.7.    Сравнение проектируемого объекта с лучшими образцами современной техники. Основания для подачи заявок на изобретения и технические усовершенствования. 10.    Список использованной литературы. В пояснительной записке должно быть отражено умение дипломника использовать электронную вычислительную технику в расчетно-конструкторской практике, а при наличии в вузе соответствующих технических средств следует показать применение систем автоматизированного проектирования. 1.3.3. Оформление пояснительной записки Излагаемые ниже правила базируются на ЕСКД, но допуск кают и некоторые отклонения, вытекающие из особенностей учебного характера документации. Эти отклонения носят частный характер и регламентируются методическими материалами, разрабатываемыми специальными кафедрами вузов. Пояснительная записка должна быть аккуратно написана чернилами или пастой черного или синего цвета на одной стороне писчей бумаги формата 297X210 мм, обведенной рамкой с полем слева 25 мм, а с других сторон по 5 мм, и сброшюрована в следующем порядке: титульный лист, задание, содержание, основной текст, список использованной литературы, приложения. Титульный лист в указанном ниже порядке содержит такие данные: министерство; высшее учебное заведение (полное название); кафедра; тема проекта (дипломной работы); фамилий, инициалы, подписи заведующего кафедрой, руководителя дипломного проекта, консультантов, дипломника; город; год. Возле фамилии каждого консультанта приводятся номера разделов, по которым он оказывал помощь. Задание выдается на специальном бланке, разработанном кафедрой. В нем устанавливаются тема проекта, исходные данные, содержание пояснительной записки и графической части. Задание, может быть окончательно оформлено после преддипломной практики. «Содержание» является первым листом пояснительной записки. В верхней его части располагается надпись «Содержание», а в нижней — средний штамп ЕСКД (ГОСТ 2.104—68, форма 2, видоизмененная в текстовой части в соответствии с особенностями учебно-конструкторской документации). Далее в тексте пояснительной записки нумерация листов сквозная, проставляемая в правом нижнем углу дополнительной рамки (ГОСТ 2.104—68, форма 2а). Левая часть дополнительной рамки не заполняется. Основной текст делится на разделы, подразделы и пункты. Каждый раздел следует начинать с новой страницы и нумеровать арабскими цифрами с точкой. Подразделы получают самостоятельные порядковые номера в пределах раздела. Далее) возможно деление на пункты. Например: 3. Определение расчетных нагрузок и расчеты на прочность. 3.1.    Обоснование расчетных положений. 3.2.    Определение внешних нагрузок. 3.2.1.    Первое расчетное положение. 3.2.2.    Второе расчетное положение. 3.3. Расчеты на прочность. 3.3.1. Расчет полуосей. 3.3.2. Расчет тяговой рамы. Границы текста должны отстоять от внутренних рамок сверху и снизу на расстояние 10 мм, а слева и справа — не менее 3 мм. Текстовой материал следует излагать кратко и четко в полном объеме, но без лишних пояснений, исходя из того что пояснительная записка рассматривается специалистами в данной отрасли машиностроения. Формулы приводятся без вывода со ссылками на литературные источники, с расшифровкой и указанием размерностей всех входящих в них величин. Выводы формул необходимы лишь в том случае, когда они получены дипломником (например, в результате научного исследования). После записи формула, приводится подстановка всех входящих в нее значений в обусловленной размерности и дается результат вычисления без промежуточных преобразований. Каждая вновь вводимая формула нумеруется на правой половине страницы в круглых скобках сквозной нумерацией в пределах каждого раздела. Например, запись (3.27) обозначает номер двадцать седьмой формулы третьего раздела, независимо от того, к какому подразделу этого раздела она относится. Ссылки на формулы в дальнейшем делаются таким же образом по тексту (например: «В соответствии с формулой (3.27)...»). Все иллюстрации в пояснительной записке имеют сквозную^ нумерацию и обозначаются «Рис. 1», «Рис. 2» и т. д., независимо от раздела. То же относится и к таблицам. Каждая иллкм страция должна сопровождаться подрисуночной подписью с расшифровкой позиций и обозначений. Нумерация таблицы приводится над ее правым верхним углом: «Таблица 1», «Таблица 2» и т. д.; ниже размещается ее название. Ссылки на литературу в тексте пояснительной записки даются в квадратных скобках с помощью порядкового номера литературного источника, помещенного в списке использованной литературы. При этом не допускается включение в последний источников, на которые нет ссылок в тексте записки. В списке использованной литературы следует указать такие данные: для книг — фамилию и инициалы автора, название книги, город, издательство, год издания; для журнальных статей — фамилию и инициалы автора, название статьи, название журнала, год издания, номер. Литературные источники в списке располагаются в порядке использования их по тексту записки либо в алфавитном порядке (по фамилиям авторов). К приложениям относятся: иллюстративные материалы второстепенного значения; отзывы производственных организаций о результатах внедрения в производство разработок дипломника или об их перспективном значении для совершенствования конструкторских решений; копии авторских свидетельств, публикаций, решений жюри городских, республиканских и всесоюзных конкурсов студенческих работ; спецификации деталей и сборочных единиц, разработанных в проекте. Спецификации являются основным конструкторским доку-1 ментом, определяющим состав изделия (сборочной единицы). Спецификации делаются на отдельных листах формата 297X Х210 мм на каждую сборочную единицу (ГОСТ 2.108—68, форма 1) и состоят из разделов, располагаемых в такой последовательности: документация, комплексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы. Название каждого раздела записывается в графе «Наименование» и подчеркивается сплошной линией. Сборочной единицей может быть узел любой сложности. В раздел «Детали» вводятся все детали за исключением изделий, изготовляемых по стандартам СССР. Последние заносятся в спецификацию под рубрикой «Стандартные изделия» по однородным группам, например крепежные изделия, масленки, сальники. В раздел «Прочие изделия» включаются нестандартные комплектующие изделия, такие, как генераторы, электродвигатели, гидромоторы, насосы, приборы различного назначения. Материалы записываются по видам в такой последовательности: металлы черные; металлы магнитоэлектрические и фер-i ромагнитные; металлы цветные, благородные и редкие; кабели, провода и шнуры; пластмассы и пресс-материалы; бумажные и текстильные материалы; лесоматериалы, резиновые и кожевенные материалы; минеральные, керамические и стеклянные материалы; лаки, краски, нефтепродукты и химикаты; прочие материалы. В учебных целях можно ограничиться составлением спецификации в полном объеме на одну-две сборочные единицы. 1.3.4. Содержание графической части В графическую часть проекта включаются технические решения, отражающие самостоятельное творчество дипломника. В составе графической части, как правило, должен быть общий вид машины. В случае если модернизации подвергся отдельный узел машины, на общем виде следует выделить особенности его компоновочной увязки с другими смежными элементами конструкции. Количество листов графической части устанавливав ется таким, чтобы то или иное конструкторское решение было всесторонне обосновано. Количество проекций, разрезов, сечений в конструкторских разработках сборочных единиц должно быть достаточным для пространственной увязки сопряженных узлов и деталей. В состав графической части включаются кинематические, гидравлические, электрические схемы, разработанные или усовершенствованные дипломником, и плакаты, иллюстрирующие содержание научной разработки студента и отражающие результаты технико-экономического анализа предлагаемых конструкторских решений. Технологическая часть проекта содержит графические разработки в виде рабочих чертежей, пооперационных карт технологических процессов обработки детали, чертежей приспособлений, нестандартного технологического оборудования. Желательны графические конструкторские разработки, посвященные обеспечению безопасных условий работы (схема к оценке устойчивости машины, карта обзорности, схема обеспечения электробезопасности), улучшению эргономических показателей (схемы сидений, пульта управления, пылезащитных устройств, создания благоприятного микроклимата). 1.3.5. Оформление графических материалов Конструкторские чертежи выполняются карандашом на листах чертежной бумаги формата 24 (594X841 мм) или, при необходимости, других форматов, предусмотренных ГОСТ 2.301— 68. Листы обводятся рамкой с полем слева 20 мм, а с других сторон — 5...6 мм. Для предварительного наброска рекомендуется карандаш «Т» или :«2Т», для обводки—«ТМ». При изготовлении плакатов можно применять тушь, краски, цветные карандаши и другие средства оформления. Масштаб конструкторских чертежей выбирается исходя из требований наглядности показа главных технических решений, простановки размеров, размещения позиций, хорошего заполнения листа предпочтительного формата и в соответствии с ГОСТ 2.302—68, ГОСТ 2.109—73. Все листы графической части должны иметь основную надпись, выполненную по ГОСТ 2.104—68 (форма 1), графы которой заполняются с некоторыми отступлениями от ГОСТа, отражающими особенности учебно-конструкторской документации. В графе 1 записываются наименования изделия и документа; в графе 2 дается шифр, принятый в учебном заведении2; 3 — обозначение материала (графа заполняется только на чертежах деталей); 4 — тип проекта (например, КП — курсовой проект, ДП — дипломный проект, ДПР — реальный дипломный проект); 5    — масса изделия в килограммах без указания размерности; 6    — масштаб; 7, 8 — порядковый номер и число листов документа определенного вида; 9 — сокращенное наименование вуза; 10, 11, 12 — соответственно должность, фамилия и подпись руководителя, консультантов, лица, осуществляющего нормо-контроль, заведующего кафедрой, фамилия и подпись дипломника; 13 — дата подписания заведующим кафедрой; 30 — тема дипломного проекта, порядковый номер листа и общее количество листов графической части. 1.4. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Курсовое проектирование машин для земляных работ предусматривается учебными планами после чтения соответствующего курса лекций либо одновременно с ним. Оно осуществляется до изучения ряда специальных дисциплин, в связи с чем на данной стадии невозможно комплексно решать конструкторские задачи. Поэтому цель курсового проектирования заключается лишь в том, чтобы студент приобрел начальные навыки конструирования и закрепил знания, полученные им при изучении курса «Машины для земляных работ» и ряда общетехнических дисциплин. Курсовое проектирование посвящено модернизации одного из узлов выпускаемых промышленностью машин с заданными параметрами (обычно рабочего оборудования и приводов). Объем пояснительной записки — 25...30 листов, графической части — 4 листа формата 24. Пояснительная записка включает в себя обоснование необходимости модернизации машины, описание сущности предлагаемой модернизации, проверочный расчет основных параметров машины, установление параметров модернизируемого узла, определение расчетных нагрузок и расчеты на прочность деталей в соответствии с заданием, нахождение сопоставимых технико-экономических показателей. В графической части курсового проекта, как правило, выполняются чертежи общих видов и модернизируемого узла, а также рабочие чертежи одной-двух характерных деталей. Требования к оформлению пояснительной записки и графической части курсового проекта изложены в подразд. 1.3.3, 1.3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Правильное решение вопросов, относящихся к данному разделу проекта, ве многом предопределяет эксплуатационные свойства, технико-экономические показатели и в конечном итоге качество машины. К основным параметрам машин для земляных работ относятся мощность установленного двигателя, рабочие и транспортные скорости машины, скорости основных исполнительных механизмов, тип и размеры рабочего оборудования, тип и характеристика ходового устройства, тип и характеристика механизмов управления, габаритные размеры и масса машины. Для машин, проектируемых с использованием серийно выпускаемых тягачей, двигателей, передач, некоторые из названных параметров совпадают с аналогичными характеристиками этих агрегатов. При выборе конструктивной схемы, параметров машины необходимо учитывать следующие общие тенденции повышения эффективности машин: повышение универсальности машин, их адаптации к выполнению разнообразных работ в различных грунтовых и климатических условиях как качества, важного преимущественно для машин малого и среднего типоразмеров; создание машин узкого назначения, предназначенных для выполнения массовых объемов однотипных работ; рост единичной мощности, размеров и массы машин (в том числе увеличение мощности силовой установки), сопровождаемый повышением производительности; увеличение энергонасыщенности машин; повышение рабочих и транспортных скоростей; автоматизация отдельных элементов цикла и (в перспективе) всего рабочего процесса, что позволяет повысить производительность и качество выполняемых работ; применение при необходимости дистанционного управления; интенсификация рабочего процесса в границах традиционного взаимодействия рабочих органов с разрабатываемой средой и с помощью новых способов воздействия на нее; улучшение тягово-сцепных качеств землеройно-транспортных машин путем совершенствования движителей и повышения коэффициента использования сцепного веса; совершенствование узлов машин, трансмиссии, двигателя, ходовой части, систем управления благодаря применению новых, прогрессивных технических решений; повышение надежности и долговечности машин; улучшение технологичности, ремонтопригодности, удобства технического обслуживания машин на основе их модульной компоновки, целесообразной унификации узлов и деталей; повышение мобильности, транспортабельности, маневренности и проходимости машин, широкое использование для этой цели пневмоколесного хода; обеспечение безопасной и безаварийной работы, создание комфортных условий труда для оператора, отвечающих современным эргономическим и социальным требованиям; оборудование машин приборами, регистрирующими количество выполненной работы и позволяющими контролировать ее качество. Повышение эффективности машин невозможно без глубокого знания условий работы и технологических процессов, изучения и тщательного анализа патентно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта проектирования, производства и эксплуатации машин- В результате такого анализа формируются и определяются тенденции развития того или иного типа машин либо их основных узлов. Методологические основы техникоэкономического анализа изложены в разд. 6. Несомненным достоинством проекта является использование в нем результатов самостоятельных научных исследований его автора и других исследований, выполненных в рассматриваемой области. Параметры проектируемых машин должны быть не ниже уровней, обусловленных соответствующими ГОСТами. По данным, полученным в процессе работы, оформляется техническое описание конструкции проектируемой машины с обоснованием принятой общей конструктивной схемы и основных решений ее узлов. Далее проводятся расчеты параметров машины, на основании которых составляется ее техническая характеристика. Последняя является итогом выполнения этого раздела проекта. Решение изложенных вопросов применительно к конкретным типам машин показано в следующих подразделах. 2.2. БУЛЬДОЗЕРЫ Параметры выпускаемых в СССР бульдозеров регламентированы ГОСТ 7410—79 Е. Нормы параметров варьируются в зависимости от типа бульдозера. ГОСТом обусловлены четыре типа гусеничных бульдозеров: I — с неповоротным отвалом; II — с неповоротным отвалом и гидрофицированным перекосом отвала; III — с неповоротным отвалом и гидрофицированньщи перекосом и наклоном отвала; IV — с поворотным отвалом. Предусмотренные ГОСТом нормы даны в табл. 2.1 и приведены ниже; Скорость подъема отвала, м/с, не менее................0,25 Угол поворота отвала в плане, рад (. . . °), не менее........ 0,436(25) Основной угол резания, рад ( .. . °)................. 0,96(55) Минимальный диапазон изменения угла резания, рад (. . . °), для типов 3, II .....................0.8"5 . . . 1,047 (50. . .60) III...................... 0,875... 1,135 (50... 65) Максимальный угол перекоса для типов II, III, рад. (. . . °), для классов *4, 10, 15............................0,105(6) 25, 35 ............................ 0,175(10) Угол въезда, рад (. . . °), не менее................. 0,35(20) Задний угол отвала, рад (.. . °), не менее.............. 0,35(20) Имеются следующие возможности повышения эффективности этих машин; совершенствование формы отвала путем обеспечения косого резания грунтов; применение или совершенствование параметров режущей системы, позволяющей осуществлять ступенчатое резание грунта; использование газовой смазки поверхности отвала. В данной работе основное внимание уделено определению параметров бульдозеров, соответствующих действующему ГОСТ 7410—79 Е. Некоторые вопросы расчета параметров указанных перспективных конструкций освещены особо. Та блица 2.1 Основные параметры гусеничных бульдозеров Нормы по типам Основные параметры и размеры 35
25
10
15
1100 900
1400 1350
800 750
850 800
1300 1200
1200 1100
450
300
350
£00
300
400
Тяговый класс базового трактора Высота отвала (без козырька), мм, не менее Глубина опускания отвала (при погруженных грунтозаиепах), мм, не менее
Согласно заданию и результатам проведенного анализа патентно-технической литературы в пояснительной записке дается описание проектируемой машины, где обосновываются следующие конструктивные особенности: вид ходового оборудования (гусеничное или колесное, количество ведущих осей и вид рулевого управления); тип трансмиссии базовой машины (ступенчатая, бесступенчатая, механическая, гидромеханическая, гидростатическая, электромеханическая, а также число передач, наличие реверса); общее конструктивное оформление (с поворотным или неповоротным отвалом, передним или задним его расположением, рамная, безрамная); тип отвала и ножа (прямой или криволинейный, с постоянным или регулируемым углом резания), кинематика подъема и опускания отвала, его перекоса; тип привода управления, его состав, конструктивно-кинематическая схема; наличие дополнительных устройств, повышающих производительность и эффективность машины. Далее определяются параметры бульдозера [7, 12]. Главный параметр — номинальное тяговое усилие Ти, т. е. усилие, развиваемое базовым трактором на плотном грунте с учетом догрузки от силы тяжести навесного оборудования при буксовании не выше 7 % для гусеничных и 20 % для колесных машин на низшей скорости. Это усилие определяется зависимостью Ти — ^сц'РсД- .    (2-1) Здесь Ясц — нормальная реакция грунта на движители бульдозера в рабочем состоянии, #Сц = (1,17...1,22) Об.м,    (2.2) где Ge.M — сила тяжести базовой машины (гусеничной или со всеми ведущими колесами); срСц — коэффициент сцепления движителей с грунтом, соответствующий допустимому буксованию движителей. При наличии одного ведущего моста у двухосного колесного базового тягача значение Ren находится из условия статического распределения нагрузки между мостами на горизонтальной поверхности. В зависимости от типа базовой машины коэффициент сцепления <рсц может принимать следующие значения: Промышленные тракторы: гусеничные...........................0,9 колесные............................0,6 Сельскохозяйственные трякторы: гусеничные...........................0,62 колесные............................0,5 Если двигатель базовой машины не обеспечивает получение тягового усилия по сцеплению, то номинальным тяговым усилием условно считается наибольшее усилие, определенное по мощности двигателя на низшей рабочей скорости v, которая принимается порядка 2Д..З км/ч. При отсутствии у базовой машины скоростей передвижения 2,5...3 км/ч номинальное тяговое усилие Тн (кН) находится для возможной скорости, наиболее близкой к указанному пределу, по формуле Тн = 3,6/V утр/v,    (2.3) где N — мощность двигателя базовой машины, кВт; v—скорость движения базовой машины, км/ч; тдтр— к. п. д. трансмиссии: механической — 0,83...0,86, гидромеханической — 0,73...0,76. Скорость обратного хода бульдозера выбирается в зависимости от типа подвески базового трактора или подвески мостов колесного тягача и расположения центра тяжести машины. Рекомендуемые значения скорости обратного хода при полу-жесткой и балансирной подвеске гусениц составляют 6...7 км/ч, при балансирно-звеньевой подвеске и для колесных бульдозеров — 8...15 км/ч. Среднее статическое давление бульдозера на грунт д = G/F.    (2.4) Здесь G — сила тяжести бульдозера; F — опорная площадь движителей, для гусеничного бульдозера F = 2 LBr,    (2.5) Рис. 2,1. Давление грунта на опорную поверхность гусеничного бульдозера а для колесного F = tiF к (2.6)
где L — длина опорной поверхности гусениц; Вг — ширина гусениц; п — число колес; Fк — площадь отпечатка колеса на грунте. Положение центра давления, т. е. точки приложения равнодействующих всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель устанавливается для трех основных случаев (рис. 2.1): а) бульдозер стоит на горизонтальной плоскости (отвал поднят на максимальную высоту); б) режет грунт на горизонтальном участке с оптимальной глубиной резания при максимальном объеме призмы волочения; в) осуществляет транспортировку максимальной призмы волочения в траншее без резания. Положение центра давления может быть рассчитано по формуле Ga + — КнК (2.7)
Здесь хс — расстояние от оси задней звездочки до линии приложения равнодействующей всех нормальных реакций на гусеницу; Rv — вертикальная составляющая сопротивления грунта на отвале; Rh — горизонтальная составляющая этого сопротивления; а — расстояние по горизонтали от центра тяжести бульдозера до оси задней звездочки; Л* — высота точки приложения результирующей горизонтальном и вертикальной составляющих сопротивления грунта на отвале. Экспериментально установлено, что в случае резания связных грунтов /г* = 0,17#, при резании несвязных грунтов и транспортировании грунтов Л& = 0,27Н (для отвалов постоянного радиуса кривизны). Соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими результирующей сил копания грунта определяется зависимостью Rv = Rh tg v, (2.8)
где v — угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале. При копании связного грунта он обычно принимается равным 17° (15...21°), при резании рыхлого грунта и транспортировании призмы волочения в траншее — 0° (—6...6°). Расстояние до центра давления хс должно быть не более 0,67 длины опорной поверхности гусеницы L. Полагаем, что давление распределяется по закону трапеции. Тогда, если дгс== = (0,5...0,67) L, максимальное давление на передней кромке опорной поверхности G+Rv <7мин —■    <7макс-
минимальное на задней кромке
Когда проектируется бульдозер на колесном тягаче, необходимо для тех же случаев определить реакции на передние и задние колеса. Они рассчитываются с использованием уравнений, составленных по схеме, которая дана на рис. 2.2. Во всех случаях не допускается равенство одной из реакций нулю, т. е. отрыв колес бульдозера от грунта. Параметры отвала бульдозера находятся из следующих условий. Рациональные значения длины В (м) и высоты Я неповоротного отвала устанавливаются по зависимостям з    3 B = (l, 2...1.4)/т (2.9); Я = (0,45...0,40) Ym (2.10), где т — масса бульдозера, т. Длина отвала должна перекрывать наиболее выступающие в стороны элементы толкающей рамы и базовой машины не менее чем на 100 мм с каждой стороны. Чтобы рассчитать высоту отвала Я (мм), можно также пользоваться следующими зависимостями: для неповоротных отвалов Я-500 J/0,17h— АТН, (2.Щ
для поворотных отвалов н~туълтн — Атн, Здесь А = 0,5 при 77/< 400 кН и /4 = 0,1 при 7^ >400 кН. (2.12)
Отвалы бульдозера оснащаются козырьком, высота которого составляет (0,1...0,25) Я. 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. Параметры профиля отвала задаются углами резания ос, наклона е и опрокидывания р (рис. 2.3). Экспериментально доказана целесообразность создания отвалов с постоянным радиусом кривизны, который выбирается в диапазоне R = = (0,8...0,9) Я. Профиль отвала постоянной кривизны при известных высоте Я и ширине ножа а строится при условии, что угловые параметры профиля связаны соотношением 2ei — о. + р = 180, где ei — угол наклона (...°) криволинейной части профиля, определяемый по формуле 1 Н — a sin а £i = arctg s-т-. ° Н — ctg е — a cos а Построение профиля выполняется в соответствии с рис. 2.3 следующим образом. Из точки О (начало координат) проводят прямую О—А под углом е и прямую О—Б под углом а к оси абсцисс. Точка Л получается в результате пересечения прямой О—А с горизонталью, проведенной на расстоянии Я от оси абсцисс, а точка Б лежит на расстоянии а от точки О. Из точки А проводится прямая под углом опрокидывания |3, являющаяся касательной к профилю отвала в этой точке. Перпендикуляр к этой касательной АО пересекается с перпендикуляром к касательной ОБ в центре профиля отвала 0\, откуда радиусом 0\A = 0\B = R может быть очерчен профиль криволинейной части отвала. Этим методом пользуются и при построении профиля на чертежах. Рекомендуется назначать сс = 50...55°; 8=75°; р0=70...75°. Значение а принимается равным ширине ножа, т. е. 120, 150, 200, 250, 300, 350, 450 мм. Задний угол 0 следует выбирать так, чтобы линия О — Б, проведенная от режущей кромки ножа под углом 0 к горизонтали, не пересекала выступающих частей на тыльной стороне отвала (см. рис. 2.3). При этом -необходимо обеспечить условие а—9>20°. Для бульдозеров с гидравлическим управлением значение угла 0 следует увязать со скоростью опускания режущей кромки при заглублении отвала; 6 > arctg (v3/v), г» Рис. 2.2. Нагрузки на оси пневмоколесного бульдозера Рис. 2.3. Профиль отвала бульдозера где v3 — скорость кромки ножа при заглублении отвала; v «— скорость движения бульдозера на основной рабочей передаче.
В соответствии с требованиями ГОСТ 7410—79 Е необходимо предусмотреть возможность принудительного изменения углов поперечного перекоса отвала (угла зарезания) и резания. Это позволяет повысить эффективность бульдозеров при копании тяжелых грунтов, работах на косогорах и перемещении грунта. Бульдозеры общего назначения с поворотным отвалом имеют угол поворота в плане (угол захвата) не более 62°. Рекомендуется принимать угол поворота 40...45°. Значение угла поворота в плане ограничивается допускаемым смещением центра давления. Максимальные высота подъема и глубина опускания отвала от уровня опорной поверхности находятся из условия обеспечения рабочего перемещения бульдозера под уклон с последующим движением на подъем и перемещения на подъем с последующим опусканием под уклон. Высоту подъема отвала следует выбирать такой, чтобы угол въезда составлял не менее 20° для неповоротных и 20...25° для поворотных отвалов. Если бульдозер гусеничный, глубина опускания отвала устанавливается исходя из класса базового трактора по ГОСТ 7410—79 Е. (Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях, оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины, определить подъем, который может преодолевать машина с максимальной призмой волочения. Расчеты выполняют с соблюдением условия R„<T< Тн. Здесь Rh — сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания грунта; Т—тяговое усилие трактора на выбранной передаче, принимаемое по паспортной характеристике трактора или рассчитанное по зависимости (2.3). В соответствии с экспериментально-аналитическим методом расчета сопротивление перемещению бульдозера Rh (кН) в процессе копания грунта складывается из сопротивления перемещению машины с учетом уклона W\, сопротивления грунта резанию W2, сопротивления перемещению призмы грунта Wz и сопротивления перемещению стружки грунта по отвалу W4\ — G(f cos a„ ± sin ап) + 103 sin yB (tpK Kh + stj3) -f- + (tg P sin T + tg cp cos2 a sin у + tg cp tg p cos y), (2.13) где f — коэффициент сопротивления движению, равный в грунтах категорий II, III для гусеничного движителя 0,1...0,12, для колесного — 0,06...0,08; ап — угол продольного уклона пути; фк — коэффициент, учитывающий влияние угла резания на удельное сопротивление копанию грунта, для угла 30° принимается равным 0,65...0,70, для 35° — 0,75...0,78, 40°—0,85,45°—1,00, 50° — 1,35, 55° — 1,65, 60° — 1,85, 65° — 2,20, 70° — 2,60 [16]; /С — удельное сопротивление резанию грунта неизношенным ножом (МПа), при угле резания 45° для грунта категории I составляет 0,07, II — 0,11...0ДЗ, III — 0,13...0,17, IV —0,25; h — глубина резания, м; s — ширина площадки износа (предварительного затупления) ножа (м), определяемая горизонтальным сечением, которое проходит через режущую кромку ножа; т]3 — коэффициент сопротивления от затупления (МПа) [7, 16], для грунтов категории I принимается 0,07...0,10, II — 0,13...0,35, III — 0,18... ...0,36, IV — 0,50...0,76; бр — плотность разрыхленного грунта (т/м3), равная частному от деления плотности грунта до разработки на коэффициент разрыхления (табл. 2.2); V — объем призмы грунта перед отвалом, м3; <р, р — углы внешнего и внутреннего трения грунта, ...° (табл. 2.2); у—угол захвата, g — ускорение свободного падения, м/с2. Объем призмы грунта рассчитывается по формуле v = <2-14> где Кф = 1,035 HJB, причем Н/В = 0,3...0,4. Расчет по зависимости (2.13) производят для следующих расчетных положений: 1) начальный этап заполнения отвала, резание острым и изношенным ножами, призма грунта отсутствует, т. е. F=0; 2) конечный этап заполнения отвала при резании грунта острым и изношенным ножами с максимальным объемом призмы волочения. Во всех случаях расчеты ведут для углов подъема ап = 0 и ап = 15...20°. Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания острым ножом Таблица 22 Физико-механические свойства грунтов Характеристики грунтов Пески Супеси Суглинки Глины четный грунт Сцепление, МПа 0,05 ...0,55 Угол внутреннего трения, ... 0 Угол внешнего трения грунта о сталь, Плотность грунта в плотном теле, кг/ма 1400 ... 2000 Коэффициент разрыхления 1,2 ... 1,4 Коэффициент бокового давления Коэффициент проницаемости, мкм2: 0,5 ... 0,7 массив Менее 0,001 струнка рМрыхленный грунт Вероятность разработки грунтов данного вида бульдозерами ... 290 0,24 300 ... 400 0,44 90 ... 130 0,15 ^макс — T—G(f cos ап ± Sin осп) sin 7 изношенным ножом (2.16)
Т — G (J cos ап ± sin ап) — 5st)3 sin f <pKA'fi sin к Во втором положении находят минимальную глубину резания острым ножом Т — О (/ COS ап ± sin dn) — 5pV tg !f (cos1 a sin 7 -f- tg P COS 7) ^мин — изношенным ножом T — G(f COS an ± sin «„) — Bsr,3 — huин —■ cpK^f6 sin 7 V tg p sin 7 — bpV tg Cf (cos* a sin 7 + tg p cos 7) (2.18)
Рассчитанные по равенствам (2.17), (2.18) минимальные значения глубины резания должны быть не менее значений /гп, определяемых по условию возмещения потерь грунта из призмы в боковые валики в процессе ее перемещения: hn = Д VjB\ Здесь А — опытный коэффициент, равный 0,29 для связных грунтов и 0,45 для малосвязных грунтов. Если бульдозер с поворотным отвалом, расчеты ведут при угле захвата 7 =я/2, а также при наименьшем угле захвата для первого расчетного положения и для положения, когда h — 0. На основании расчетов устанавливают возможность использования той или иной передачи при копании и перемещении грунта. Возможно выполнение тягового расчета с помощью аналитического метода определения сопротивления грунта копанию
[о,5^3рЯ2 cos о cos 'Ь +
+ g Sin (ф + Р) (ctg ф + ctg а) 8-рАЯ + 0.5СЛ В + 2tf(l + ctgp) Здесь С — сцепление грунта, Па (табл. 2.2); ф— угол сдвига отделяемого от массива элемента грунта, ...°, ф =\/i — p/2; g — ускорение свободного падения, м/с3; v — скорость перемещения бульдозера, м/с; у — угол захвата, .. Л Исследованиями, проведенными в ЦНИИСе и МАДИ, установлено, что наиболее вероятными условиями работы машин общего назначения, которые следует класть в основу расчетов, можно считать разработку характерного грунта категории II. Физико-механические свойства расчетного грунта приведены в табл. 2.2. Анализ отечественного и зарубежного опыта бульдозерострое-нйя, а также литературные рекомендации позволяют полагать, что мощность, необходимая для управления рабочим органом, составляет 20...40 % установленной мощности двигателя базового тягача. Скорости управления рабочим органом должны обеспечивать нормальный ход рабочего процесса. Увеличив скорости управления отвалом, можно несколько повысить производительность машины, но это приводит к росту динамических нагрузок и повышению утомляемости машиниста. Под скоростью подъема, опускания отвала понимают вертикальную составляющую скорости перемещения кромки ножа. Скорость заглубления v3 выбирается такой, чтобы заглубление ножа на горизонтальной поверхности осуществлялось на основной рабо- Рис. 2.4. Усилие заглубления отвала Рис. 2.5. Усилие выглубления отвала чей передаче под углом к горизонтали, не превышающим затылочного угла ножа, а также чтобы грунт не сминался коробкой жесткости отвала. Для выполнения этого условия необходимо соблюдение неравенства va < v tg 0. Усилие в исполнительном механизме привода управления гидравлических бульдозеров (в гидроцилиндрах) определяется исходя из условия статического равновесия трактора относительно передней и задней кромок опорной поверхности гусениц или осей передних и задних колес. При заглублении (рис. 2.4) 33
^*р.с/р.о
Go. (/ — Ь)
Р Ц.З —
(2.20)
Is
При выглублении (рис. 2.5) Р Ц.В —
Ga{c I(s
^p.o^p.o
(2.21)
где Gp.o — сила тяжести рабочего оборудования; G — сила тяжести бульдозера без рабочего оборудования. Остальные вели* чины указаны на рис. 2.4, 2,5. При этом необходимо, чтобы выполнялись следующие условия: £ц.з>К.з (2.22); РЦ.В>Р;.В (2.23). Здесь Р?.3 — усилие заглубления, найденное из условия преодоления несущей способности грунта; Рц.в — усилие выглубления при нормальных условиях копания грунта. Усилие заглубления рассчитывается по формуле KlSlBy-b)-GvJP'0 (2.24)
РЦ.З - Рис. 2.6. Реакция грунта при заглублении отвала Рис. 2.7. Усилие подъема отвала с грунтом где К\—коэффициент несущей способности грунта, для средних условий Лл = 0,5. ..0,6 МПа; si — ширина площадки ножа, трущейся о грунт, si = 1 ... 1,5 см (рис. 2.6).
В соответствии со схемой, изображенной на рис. 2.7, Gp.o*p.o + сг*г + Ql + Ryl + %нт    ^ 25) Здесь Gr = 0,358pVg", Q = 0,658pKgtg2 p; RV = 0,3R„; (G6 + 0,658pFg tg2 p + 0,355pFg) у — G (/ cos an ± sin g„) — Rh
1 — 0,3tp — 0,658pKgtggp Скорость движения поршня гидроцилиндра находится в зависимости от принятой скорости перемещения отвала. На рис. 2.8 показана расчетная схема для определения скорости поршня. Как следует из схемы, угол поворота толкающих брусьев при полном заглублении отвала - (т + Wc) Vе2 — т2 — т arcsin • где т — высота расположения точки поворота брусьев над уровнем опорной поверхности; Амакс — максимальная глубина резания; с — расстояние от оси поворота до кромки ножа. Ход исполнительного механизма (см. рис. 2.8) определится зависимостью s„ = yrАО2 + ОВ2 — 2АО-ОВ cos (а0 -f а.т) — — У АО2 + ОВ2 — АО-ОВ cosa0. Средняя скорость поршня 1\, = sn/t3. Здесь t3 — время подъема, заглубления отвала. 2*    35 Рис. 2.8. Перемещение поршня гидроцилиндра при заглублении отвала Рис. 2.9. Усилие в механизме перекоса отвала Исходными данными при проектировании гидравлического привода являются максимальное усилие, развиваемое цилиндром, Рц, скорость перемещения поршня ип, ход поршня sn, номинальное рабочее давление жидкости в системе р. Определение трех первых параметров для цилиндров подъема-опускания отвала рассмотрено выше. Для цилиндров изменения угла зарезания, захвата и резания эти параметры рассчитывают применительно к принятой конструктивной схеме. При этом исходят из следующего. Усилие в исполнительном механизме поперечного перекоса отвала должно быть достаточным для поворота базовой машины в обе стороны вокруг оси, проходящей вдоль края опорной поверхности движителя, при упоре краем отвала в жесткое препятствие (рис. 2.9). Усилие в механизме изменения угла резания определяют при уменьшении и увеличении последнего. В случае уменьшения угла резания усилие в исполнительном механизме должно быть достаточным для того, чтобы преодолеть действующие на режущую кромку горизонтальную и вертикальную составляющие сопротивления копанию (рис. 2.10). Последние рассчитываются по формулам Rh = T — G (/ cos ап ± sin <*п); Rv = 0,ЗЯи. В случае увеличения угла резания усилие в исполнительном механизме должно вызывать опрокидывание бульдозера вокруг задней кромки опорной поверхности при упоре кромкой ножа в жесткое препятствие (см. рис. 2.10). Усилие в механизме изменения угла захвата должно быть достаточным для преодоления силы, приложенной к краю отвала и способной вызвать разворот машины. Эта сила вычисляется так: Р = Gcpcufe/5, где k — колея трактора. Если базовая машина не имеет встроенного гидропривода, который может быть использован для управления бульдозером, номинальное рабочее давление р рекомендуется выбирать равным 10, 16, 25, 32 МПа. Рис. 2.10. Усилия в механизме изменения угла резания: а—при уменьшении угла j 6 — при увеличении /

После определения исходных расчетных данных проектирование гидравлического привода производят в следующем порядке. Разрабатывают принципиальную схему гидропривода, в которой указываются число насосов, распределителей, расположение предохранительных клапанов, бака, фильтров и других элементов системы. Здесь же устанавливаются длина трубопроводов, разность уровней, а также количество гидроцилиндров. Количество исполнительных цилиндров принимается исходя из общей компоновки бульдозера с учетом действующих на цилиндр усилий и возможностей унификации конструктивных элементов. Внутренний диаметр гидроцилиндра dч (мм) вычисляется в зависимости от значений действующего усилия Рц (Н) и расчетного давления жидкости в системе рр (МПа). При выдвижении штока При втягивании штока диаметром dm (мм) V iJk+d"- С учетом гидравлических потерь от насоса до цилиндра для предварительных расчетов можно принимать рр= (0,85...0,9)р. Полученное значение диаметра округляется до рекомендуемых размеров. ОСТ 22—1417—79 устанавливает следующие размеры внутреннего диаметра гидроцилиндра — диаметра штока в миллиметрах соответственно: 40—18, 25; 50—22, 32; 63—28, 40; 80—36, 50; 100—45, 63, 70; 110—50, 70, 80; 125—56, 80, 90; 140—63, 90, 100; 160—70, 100, 110; 180—80, 110, 125; 200— 90, 125; 220—100, 140; 250—110, 160. Подача насоса Q„ должна обеспечивать требуемую скорость перемещения штока. При этом потери жидкости за счет утечек принимаются в пределах 3...8 % от расхода жидкости, необходимого для работы п гидроцилиндров одновременно. Тогда 4(0,92. . .0,97) * Скорости движения поршня относительно корпуса цилиндра vn по ОСТ 22—1417—79 рекомендуется выбирать в пределах €,3...0,5 м/с. По значениям подачи QH и принятого номинального давления р определяются тип и количество насосов, устанавливаемых на машине, или проверяется соответствие встроенного насоса базового тягача гидросистеме. В случае несоответствия частоты вращения вала отбора мощности базового тягача номинальной частоте вращения выбранного насоса рассчитываются параметры промежуточного редуктора или мультипликатора. Внутренний диаметр трубопроводов выбирается таким, чтобы обеспечивалась средняя скорость жидкости 3...5 м/с в нагнетательном трубопроводе и до 1,5 м/с во всасывающем. Полученный расчетом внутренний диаметр округляется до рекомендуемого ближайшего большего. Рекомендуемые значения внутреннего диаметра трубопроводов в миллиметрах следующие: 2, 3, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 20, 25, 32. 7 При канатно-блочном приводе управления расчетное положение, описываемое формулой (2.20), не имеет смысла, так как отвал заглубляется под действием силы тяжести рабочего оборудования. Значение последней должно удовлетворять условию ^р.о ^ / ■ р.о Усилие подъема отвала находится по зависимости (2.25) с соблюдением условия (2.23). Кроме усилия подъема отвала для проектирования канатноблочного привода управления необходимо знать ход рабочего органа и скорость его перемещения. Ход рабочего органа определяется из конструктивной компоновки бульдозера. Скорость подъема рабочего органа у проектируемых бульдозеров принимают, ориентируясь на существующие модели машин. После установления исходных данных разрабатывается принципиальная схема системы управления, на которой в соответствии с конструктивными особенностями машины указывается количество направляющих блоков, подвижных и неподвижных блоков полиспаста, место установки полиспаста. Кратность последнего принимается исходя из значений действующих усилий и требуемой скорости подъема. Обычно эта кратность не превышает восьми. Ход и скорость перемещения подвижной обоймы полиспаста находят по принятой кинематической схеме рабочего оборудования и его подвески. В соответствии с принятыми кратностью и схемой расположения направляющих блоков рассчитывается усилие в канате на барабане лебедки с учетом к. п. д. полиспаста и направляющих блоков. К. п. д. одного блока равен 0,95...0,96. Диаметр каната выбирается по разрывному усилию при коэффициенте запаса прочности не менее семи. Соотношение между диаметром блока или барабана и диаметром каната принимается в пределах 18...22. Длина барабана определяется по требуемой канатоемкости, равной произведению кратности полиспаста на длину его хода. При этом необходим запас на два-три дополнительных витка. В целях умень^ шения габаритных размеров в лебедках можно использовать барабаны с многослойной навивкой. По усилию в канате, диаметру барабана и скорости навивки каната вычисляются крутящий момент и мощность привода лебедки. Далее производится расчет элементов лебедки в соответствии с принятой конструктивной схемой. Обязательному расчету подлежат муфты включения и тормоза лебедки. Коэффициент запаса по моменту для фрикционной муфты принимается равным 1,15...1,25, для тормозов барабана— 1,5... 1,75. Режим работы лебедки характеризуется частотой включения /г>300 включений в час и продолжительностью включения 10...12 % от длительности цикла. Необходимы также расчеты кинематических цепей привода подъема отвала, отбора мощности к барабану лебедки (исходя из условий обеспечения потребных скоростей и усилий на барабане) и расчет механизмов включения муфты и тормозов лебедки. Затем составляется техническая характеристика бульдозера. Ее содержание для бульдозера с гидравлической системой управления дано в табл. 2.3. Таблица 2.3 Примерное содержание технической характеристики бульдозера Основные агрегаты и их параметры Значения
Примечания
Тягач Тип и марка Мощность двигателя, кВт Частота вращения вала двигателя, 1/с Расчетные скорости, км/ч: вперед: первая передача вторая » и т. д. Основные агрегаты и их параметры Значения
Примечания
назад: первая передача вторая » и т. д. Тяговые усилия, кН: вперед: первая передача вторая » и т. д. назад: первая передача вторая » и т. д. Масса в заправленном состоянии, т Отвал Длина, мм Высота, мм: без козырька с козырьком Угол, наклона резания (диапазон изменения) опрокидывания (диапазон изменения) задний (минимальный) перекоса (максимальный) захвата (диапазон изменения) Радиус кривизны, мм Размеры ножей по ГОСТу, мм Привод управления Марка насоса Расход жидкости, л/мин Номинальное рабочее давление, МПа Количество цилиндров, шт.: подъема отвала перекоса отвала изменения угла резания »    » захвата Общие параметры Наибольшая высота подъема отвала, мм » глубина опускания отвала, мм Угол, ...°: въезда съезда Угол проходимости бульдозера, ...°; на подъем по опрокидыванию » » » мощности двигателя под уклон по опрокидыванию по опрокидыванию относительно боковых опор Уровень силы звука в кабине, дБ Коэффициент обзорности Среднее статическое давление на грунт, МПа Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Общая масса бульдозера, т Одно из направлений интенсификации процесса копания грунта бульдозером — совершенствование формы рабочего органа. Например, можно применить отвал совкового типа с подвижной средней секцией [И]. В этом случае отвал выполняется из трех секций, причем левая и правая располагаются под углом захвата 60°, а средняя имеет возможность свободно перемещаться в вертикальной плоскости. При заглублении отвала средняя секция резания грунта не производит и свободна скользит по его поверхности. Вертикальное перемещение средней секции составляет 200...250 мм. При подъеме отвала средняя секция, опираясь на упор, размещается так, что ее нож находится на одном уровне с ножами крайних секций. Такое положение отвала позволяет лучше врезаться в грунт, использовать преимущества косого резания грунта и уменьшить потери грунта в процессе его транспортировки. Исключение из процесса резания средней секции намного уменьшает прилипание грунта к отвалу. Отмеченные особенности ведут к повышению производительности бульдозеров на 35...40 %, если дальность перемещения грунта составляет более 20 м. Выбирая параметры такого отвала, руководствуются следующим. Ширина В и высота Я принимаются такими же, как и для обычного отвала. Длина средней секции b выбирается наименьшей из условия исключения влияния грунтовых потоков, направляемых крайними секциями. При целесообразных углах резания 40° и опрокидывания 30° Ь = 2,2#о ctg (т + 5). Здесь Но — расстояние по вертикали от верхней кромки ножа до верхней кромки отвала, мм; у— угол захвата крайних секций, Для разработки прочных и мерзлых грунтов целесообразно использовать бульдозеры с выступающим средним ножом [5]. Установлены следующие рациональные значения параметров выступающего ножа: длина SH= (0,17...0,33)5; ширина hH = = (0,15...0,2) Я, где В, Я —длина и высота отвала. Существенно повысить производительность и эффективность бульдозеров можно применением газовой смазки поверхности отвала [10]. В этом случае масса бульдозера с учетом установки дополнительного оборудования (компрессора и др.) рассчитывается так: G= (1,25... 1,35) G6.M,    (2.26) где Сб.м — масса базовой машины, т. Основные параметры отвала с газовой смазкой Л = (1,4. . . 1,6) J/G (2.27); Я == (0,5 . .. 0,45) УG (2.28). Остальные параметры отвала определяются так же, как и для бульдозеров традиционного исполнения. Параметры источника смазки устанавливаются в зависимости от запаса мощности двигателя базовой машины. Здесь могут быть два случая: мощность двигателя достаточна для практически полного устранения трения грунта о смазываемую поверхность; мощность двигателя недостаточна, т. е. процесс копания протекает в условиях частичного снижения трения грунта. В первом случае параметры источника смазки могут быть определены по таким удельным показателям: на 1 м длины отвала бульдозера расход воздуха — 6,3...8,8 м3/мин, избыточное давление— 0,032...0,034 МПа, мощность—11,5...16 кВт. Поверочный расчет ведут следующим образом. Абсолютное давление газа на выходе из щели (МПа) рассчитывается в зависимости от высоты призмы грунта Я (м), от удельной нагрузки грунта «а смазываемую поверхность W (кН/см), коэффициента A,i, учитывающего проницаемость грунта. При W < 0,22 кН/см, 0,1 < Xi < 0,27 1/см рх = 0,156 — 0,025Я — 0.336Х.1 + 0,38 W + TkxW + + 0,002Я2 + 0,694Xi _ 0,025ЦТ2; при W > 0,22 кН/см, 0,1 < Xj < 0,27 1/см рх = 0,097 + 0,078Xi + 0,2 W + 6,67^ W — 0,089Х? — 0.48IF2. Здесь = Л/ —24К (2-29)> w = я ~ R" (2.30); у t Н cos р    Sc sin 7 sin a v >' КуКъН sin a COS р ^ = sin а cos р + 2Н (К2 — ’    ^2'3J^ ГП'9 (1 — X) sin о sin 7 [sin (<z —|- p —j— tp) —j— tg cp sin 7 cos (a -j- P + Ф) ’ sin (a -f- p -f- ф) (sin a sin 7 tg <p sin2 7 cos at —j— tg cp cos2 7) ^ x = 0,75 A (2,1-A); Rh — T— G (/ cos an ± sin an) — Bs-q3\ Sc = 0,755. (2.33) Здесь Ku K2 — коэффициенты проницаемости для стружки и разрыхленного грунта (см. табл. 2.2); /1—ширина ножа. Обозначения остальных величин даны выше. Расход газа Q (м3/мин) при атмосферном давлении Q = 2,5- lOVfiX, [р\ - pl)lpw,    (2.Щ где ро — атмосферное давление, ро = 0,1 МПа; jj- — динамическая вязкость газа, для воздуха jj, = 1,9 -10~5 Па-с; t — толщина слоя смазки, t = 2-10-4 м. NK= 1,63-2-hA    (2.35) Здесь -q — к. п. д. компрессора, -ц = 0,55...0,65; рк — давление воздуха на выходе из компрессора, Рк = 4{р\— /Го) + ро,    (2.36) где %— коэффициент потерь, учитывающий потери давления газа в пневмопроводах, £ = 1,1... 1,3. Уменьшение внешнего трения грунта вследствие смазки лобовой поверхности отвала ведет к снижению сопротивления грунта копанию. Если полагать, что сопротивление грунта копанию остается неизменным, то смазка отвала как бы увеличивает реализуемое бульдозером усилие копания. В этом случае условное усилие копания Ру = тп [Т — G (/ cos а„ ± sin ап) — s5ij3].    (2.37) Здесь -\- К. — 1 mn = -,    (2.38) причем Т — G (f cos а ± sin а_Л Кз = Т — G {J cos ап ± sin ап) —sfiy)3 •    ^2-39^ Зная условное усилие копания, можно найти объем призмы перед отвалом на заключительной стадии набора грунта: v=Xk'    <2-40> где Кк — удельное сопротивление грунта копанию бульдозером с острой режущей кромкой. Для расчетного грунта К« — = 31...36 кН/м3. Меньшие значения принимают для крупных, бульдозеров. При частичном устранении трения грунта на смазываемой поверхности расчет ведут следующим образом. По известному избытку мощности двигателя N3 ориентировочно выбирают параметры Q, рк. Последующее решение задачи сводится к уточнению принятых параметров и, в конечном счете, к нахождению достигаемого снижения сопротивления грунта копанию. По выбранному значению Q рассчитывают расход по сжатому воздуху (м3/с): q1 = 13/q +т/-21__L + i/_Q__1/^l + _L V1 V -Щ + V 4c] 27с3 V 2ci V ^ 27c°' с 1 =
Здесь
где и — скорость копания, v = 0,65...0,7 м/с; тдр — к. п. д., учитывающий потери давления при движении воздуха в пневмопроводе, ijp = 0,94...0,97. По значению Qi определяют давление компрессора рк (МПа); рк = Ро + O.lciQ?.-    (2.42) Затем из неравенства (2.35) находят мощность, потребляемую компрессором. Расчеты повторяются до соблюдения условия NK~N3. Условное усилие копания, объем призмы грунта перед отвалом устанавливают по зависимостям (2.37), (2.40). При этом Рис. 2.11. Подвод газа для смазки лобовой поверхности отвала
т' + Яз- тп =
Здесь
ГЛФ =
Подачу газа на поверхность отвала надо организовывать в соответствии со схемой, показанной на рис. 2.11. Толщину щели для подачи воздуха следует принимать такой: /щ = = (2...4) £ = 0,5...0,8 мм. Длина щели ВС = 0,75В. Расстояние от щели до оси отверстий в подножевом листе /щ = 30...60 мм. Диаметр d и шаг U отверстий связаны зависимостью d2>-3,2la. При шаге Zd —50... 100 мм можно принять d=12...18 мм. В качестве источника смазки используются компрессоры низкого давления: ротационные, винтовые, воздуходувки типа РУТс, газодувки. При составлении технической характеристики на бульдозер с газовой смазкой табл. 2.3 следует дополнить данными, характеризующими принятую компрессорную установку. 2.3. СКРЕПЕРЫ Параметры выпускаемых в СССР скреперов должны соответствовать ГОСТ 10055—75, ГОСТ 5738—73 (табл. 2.4, 2.5). Вместе с тем результаты исследований в этой области определили следующие возможности повышения эффективности скреперов: совершенствование ножевой системы; применение глубоких заслонок; двухщелевая загрузка ковша; использование транспортирующих устройств для принудительной загрузки ковша; газовая смазка ковша; улучшение тягово-сцепных качеств путем применения сцепных устройств, обеспечивающих работу скреперов по системе тягач — толкач; осуществление привода на все колеса (для самоходного скрепера). Т а б л и а, а 2.4 Основные параметры прицепных скреперов Параметры Типоразмеры СПр-4,5 Геометрическая вместимость ковша, м3 Грузоподъемность, Максимальное заглубление, мм, не менее Толщина слоя отсыпки, мм, не менее Удельная материалоемкость, т/м3, не более Табл ица 2.5 Основные параметры самоходных скреперов Параметры Тип оразмеры Геометрическая вместимость ковша, м8 Максимальная скорость, км/ч, не менее Сухая масса, т, не более В том числе тягача, т, не более Максимальное заглубление, мм, не менее Дорожный просвет под Ножом скрепера в транспортном положении, мм, не менее Удельный показатель мощности (рекомендуемый), кВт/м3, не менее При выполнении проекта скрепера традиционной конструкции; в соответствии с заданием и проведенным анализом патентнотехнической литературы выполняется описание машины, где обосновываются следующие ее конструктивные особенности: способ перемещения (скрепер прицепной, полуприцепной, самоходный); общее конструктивное оформление, тип ковша, кинематика его подъема и опускания; тип и кинематика передней заслонки; тип привода управления, его состав, конструктивнокинематическая схема; тип ножа (прямой, ступенчатый, криволинейный, с постоянным или регулируемым углом резания)'; наличие устройств для работы с толкачом, других устройств для лучшего заполнения ковша. Приводится также схематическое изображение скрепера. Основные размеры ковша — ширина В, длина L и высота Н выбираются в зависимости от главного параметра — геометрической вместимости V. Последняя условно определяется равенством V = BHL.    (2.45) Если вместимость ковша не задана, ее следует установить с помощью тягового расчета. Ширина ковша В = £т + 30...60.    (2.46) Здесь Вт — ширина опорной поверхности тягача, мм. Последняя может быть вычислена, если известна колея тягача Кт и ширина гусеницы либо колеса Вк; тогда Вг. = Кт + Вк.    (2.47) Если заданием предусмотрен выбор типа тягача по заданной вместимости ковша скрепера, то ширину ковша следует предварительно выбрать по аналогии с существующими скреперами, данной вместимости [3, 6, 12, 13]. В дальнейшем эта ширина приводится в соответствие с условием (2.46). Длина и высота ковша определяются соотношениями L-yr^H~yr^B ■    <2-48> где значение a, = L/tf принимается по табл. 2.6 по рекомендациям ВНИИстройдормаша для коротких ковшей и по рекоменда* циям К. А. Артемьева для длинных ковшей. Большинство отечественных скреперов спроектировано на основе рекомендаций ВНИИстройдормаша [12]. Длинные ковши обеспечивают некоторое снижение среднего тягового усилия, однако при этом увеличиваются колесная база, габаритные размеры скреперного агрегата и ухудшается его маневренность. Прочие размеры следует принимать, соблюдая условия Hi >0,7Н, //2> 0,6// (рис. 2.12). Угол наклона плоскости ножа’ к днищу выбирается таким, чтобы обеспечить требуемое значение угла резания в положении, когда режущая кромка ножа находится в опорной плоскости колес. Рекомендуется принимать угол резания равным 35°. Предпочтительны ступенчатые ножи, которые конструктивно проще криволинейных, обеспечивают хорошее распределение нагрузок между задними колесами скрепера при наличии четырех скатов на задней оси, облегчают внедрение в грунт и наполнение ковша по сравнению с прямыми ножами. Последние следует применять для скреперов, которые должны обладать повышенной планирующей способностью. Таблица 2.6 Определение отношения Геометрическая вместимость ковша скрепера, м8 Значение аг для ковша короткого длинного 0,9 ... 0,8 0,95... 0,85 Рис. 2.12. Схема ковша скрепера Размеры ступенчатых ножей можно выбирать, использовав следующие соотношения для крайних и средних пластин: 5К = = 0,25В; ВС = 0,БВ (см. рис. 2.12). В этом случае нож собирается из четырех одинаковых пластин, а форма подножевой плиты и расположение отверстий для крепления ножей позволяют устанавливать два средних ножа с вылетом по отношению к крайним. Для скреперов с односкатными задними колесами следует соблюдать условие Bc^f(3 — Ьк, где К3 — колея задних колес; Ьк — ширина заднего колеса. При двускатных задних колесах, когда трудно гарантировать полный контакт задних колес с грунтом по следу боковых ножей, можно ограничиться соблюдением условия Вс^.Кз—Ьк~А, где А — расстояние между спаренными покрышками. Вылет среднего ножа по отношению к крайним для ковшей вместимостью 3, 6, 10, 15 м3 принимается 40, 80...100, 100...120, 120...130 мм соответственно. На основании тягового расчета по заданной вместимости ковша подбирают тягач либо по заданному тягачу определяют вместимость ковша скрепера. Кроме того, находят наибольшую глубину резания, которая регламентируется ГОСТом. Тяговый расчет для транспортного положения выполняется с целью установить максимально возможную скорость движения скрепе-pa, а также подъем, который может преодолеть тягач^с груженым или порожним скрепером.    / Наибольшее распространение получил метод / проведения тягового расчета, предложенный Е. Р. Петерсом. Юбщее сопротивление, преодолеваемое тягачом в конце заполнения ковша грунтом, складывается из четырех сопротивлений: перемещению груженого скрепера Wu резанию W2, перемещению призмы волочения и наполнению ковша W4: Р = W\    W'z + Wi = (GCK + Grp) / + + KBh + gyBH4p[x + ghBHbp -f- gBH2bpX. (2.49) Здесь кроме величин, обозначение которых дано в подразд. 2.1, принято: GCK — сила тяжести порожнего скрепера; у—коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой, равный 0,5...0,7; бр — плотность грунта в разрыхленном состоянии, т/м3-х — опытный коэффициент, для глины составляет 0,24...0,31, суглинка и супеси — 0,37...0,44, песка — 0,46,..0,5. При расчете пользуются формулой Оск — GtVgi где а — удельная материалоемкость, равная 1... 1,2 для прицепных и 2,2...2,5 т/м3 для самоходных скреперов. Значения удельного сопротивления грунтов резанию скреперами принимают в зависимости от разрабатываемого грунта: для песчаных грунтов — 50...70, для супесей и суглинков — 80... 100, для тяжелых суглинков, глин, дресвы — до 120 кПа. Выбирая тягач к скреперу заданной вместимости, расчет по равенству (2.49) ведут для конечной стадии заполнения ковша грунтом, когда глубина резания минимальна (ЛМИн). Последняя определяется условием прочности стружки на сжатие и назначается в зависимости от вместимости ковша и вида грунта. В случае разработки суглинков ковшом вместимостью 6, 10, 15 м3 принимается минимальная глубина резания 40...60, 80... 100, 120... 140 мм соответственно. При копании супесей следует брать 60...80, 100...120, 140...160 мм. Для скреперов со ступенчатыми ножами приведенная минимальная глубина резания ^пр. МИН — ^МИН (1 BljB)hl. Тяговый расчет скрепера можно выполнить и с помощью аналитической зависимости А. М. Холодова, В. К. Руднева [10]: Р = (Сек + GT)f + В    [£§р№ sin р cos р sin (ф + р)+ + 0.5g-Sp£i tg f ctg p sin 2p h ctg ^ ~j^ cos a ■ H2 sin (ft + p) + + g\H (A ctg ф + I cos a) sin (<!> + p) -f 0,5Ch ^|J. (2.50) физико-механические свойства грунтов приведены в табл. 2.2. В сооъретствии с вычисленным согласно равенствам (2.49), (2.50) значением необходимого тягового усилия подбирается трактор-тягач, который способен развивать его на низшей рабочей передаче.. Если усилие на крюке тягача более чем на 10 % отличается от требуемого, следует скорректировать расчет путем изменения вместимости ковша либо выбираемых значений характеристик грунта. При отсутствии серийно выпускаемых тягачей, обеспечивающих необходимые для работы скрепера усилия, данные тягового расчета используются для того, чтобы составить задание на проектирование соответствующего тягача. Затем определяется максимальная глубина копания,, возможная на расчетном грунте в начале процесса заполнения ковша: , _ Т — fGCK н макс — или исходя из зависимости (2.50) и _ _т ~~ f°CK__(2 52\ Дмакс ~    cos Р sin (а + у)    •    V"3** 0,5СВ Sjn ijjsjn    р ф) Для скреперов со ступенчатым ножом , /. вс кв +1 в /w = —тр^ + и-тг)^    (2-53) = ■ ... ■L^n(. + „) + (> ~гЦ (2.54) sin sin (a -J- cp -|- p -f- (p) где T — тяговое усилие на крюке, развиваемое трактором на низшей передаче. Полученное значение /гмакС должно соответствовать требованиям ГОСТа. В случае, если в задании на проектирование указан тип тягача, по значению его тягового усилия на низшей передаче определяют вместимость ковша скрепера: F =г-    <2-55> Здесь Кк — коэффициент удельного сопротивления грунта копанию, кН/м3. Его можно принять по данным рис. 2.13, Полученное значение вместимости ковша округляют до рекомендуемого ГОСТом. Затем определяют максимальную глубину копания. При проектировании самоходных скреперов, предназначенных для транспортирования грунтов на значительные расстояния, в задании может быть оговорена максимальная транспортная скорость. В этом случае не исключено, что для передвижения груженого и даже порожнего скрепера по грунтовым / гравийным дорогам с преодолением значительных уклонов потребуется большая мощность двигателя, чем в процессе коп^йия грунта. Тогда двигатель подбирается по значению мощное^, определяе-2pi----—:- мому условиями транспортных операций. При заданной мощности Тягача N (кВт) вместимость ковша скрепера (м3) составит [13] Г------/" 5 10 15 20 V и* Рис. 2.13. Зависимости удельного Сопротивления грунта копанию скрепером от вместимости ковша:
k Ftf “w1 имакс Если задана вместимость ковша, то мощность тягача 1 —супесь; 2 — суглинок; 8 — глина
макс
/V
(2.57)
J Kk+8>) + 7,7-10-%Fc»:
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я