m1047
.pdf336
Г548 |
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ |
|
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ |
В.А. Глотов, А.В. Зайцев, В.Ю. Игнатюгин
Расчет навесного оборудования для рыхления грунтов
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы
Новосибирск
2015
11
УДК 624.132.3:621.878.2(076.1) Г548
Глотов В.А., Зайцев А.В., Игнатюгин В.Ю. Расчет навесного оборудования для рыхления грунтов: Метод. указ. к
выполнению расчетно-графической работы. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. – 36 с.
В методических указаниях изложен порядок выполнения расчетнографической работы, приведены варианты заданий и краткие сведения по выбору и расчету основных параметров навесного оборудования для рыхления грунтов, в том числе методика определения прочностных параметров зуба рыхлителя с использованием конечно-элементного анализа.
Предназначены для студентов направлений «Наземные транспортнотехнологические комплексы» и «Эксплуатация транспортно-технологи- ческих машин и комплексов» очной и заочной форм обучения.
Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины».
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р канд. техн. наук, доц. Д.С. Воронцов
Р е ц е н з е н т
завкафедрой «Технология строительного производства» НГАСУ д-р техн. наук, доц. М.М. Титов
© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2015 © Глотов В.А., Зайцев А.В., Игнатюгин В.Ю., 2015
2
Введение
Расчетно-графическая работа по расчету навесного оборудования для рыхления грунтов входит в программу изучения дисциплины «Теория подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования» и выполняется в шестом семестре после освоения курсов дисциплин базовой части учебного плана.
Целью работы является закрепление полученных студентами теоретических знаний и развитие начальных навыков по проектированию и расчету рабочего оборудования навесных рыхлителей грунтов. Расчетная часть предусматривает, кроме всего прочего, получение представления о выполнении прочностных расчетов на основе метода конечных элементов.
Расчетно-графическая работа состоит из следующих этапов (разделов):
1. Расчет основных параметров навесного рыхлителя:
определение геометрических, эксплуатационных и технологических параметров рыхлителя;
расчет сопротивлений, действующих на рыхлитель;
расчет геометрических размеров и параметров поперечных сечений зуба рыхлителя;
– выбор гидроцилиндра механизма изменения угла резания. 2. Расчет производительности навесного рыхлителя.
3. Определение прочностных параметров зуба рыхлителя с использованием конечно-элементного анализа:
– разработка рабочего эскиза зуба;
– создание трехмерной твердотельной модели зуба;
– создание конечно-элементной модели зуба;
– расчет модели зуба на прочность.
Варианты исходных данных для выполнения работы приведены в прил. В и содержат: тип, колесную базу и эксплуатационный вес базовой машины; максимальную глубину рыхления; число зубьев на рыхлителе и шаг между ними.
Раздел 3 выполняется под руководством преподавателя в компьютерном классе на базе системы автоматизированного про-
ектирования APM WinMachine.
Объем расчетно-графической работы должен составлять
15 20 с. Работа оформляется в соответствии с установленными требованиями 5 .
3
1.Расчет основных параметров навесного рыхлителя
1.1.Определение геометрических, эксплуатационных
итехнологических параметров рыхлителя
Косновным параметрам навесного оборудования для рыхления грунтов относятся геометрические параметры расположения навесного оборудования относительно базовой машины, эксплуатационные и технологические параметры (табл. 1).
Таблица 1
Основные параметры навесного оборудования для рыхления грунтов
Наименование показателя |
Метод определения |
|
(выбора) |
||
|
||
Геометрические параметры расположения навесного оборудования для |
||
рыхления грунтов на базовой машине |
Расстояние от центра тяжести рыхлителя до |
По марке базовой машины, |
оси ведущей звездочки (заднего колеса) базо- |
указанной в задании |
вой машины L1, м |
|
Расстояние от точки приложения результиру- |
По марке базовой машины, |
ющей сил сопротивления рыхлению до оси ве- |
указанной в задании |
дущей звездочки (заднего колеса) базовой ма- |
|
шины L2, м |
|
Продольная база базовой машины с колесным |
По марке базовой машины, |
движителем (расстояние от оси заднего моста |
указанной в задании |
до оси переднего) Lб, м |
|
Длина опорной поверхности гусениц базовой |
По марке базовой машины, |
машины без погружения почвозацепов Lоп, м |
указанной в задании |
Задний угол въезда φо, град |
15…25 (выбирается) |
Эксплуатационные параметры
Эксплуатационный вес базовой машины Gбм, H По марке базовой машины, указанной в задании
Рассчитывается
Сила тяги по сцеплению Fφ, H |
Рассчитывается |
Технологические параметры |
|
Угол резания δ, град |
30…60 (выбирается) |
Задний угол β, град |
15…30 (выбирается) |
Максимальная глубина рыхления h, м |
Указана в задании |
Расстояние между зубьями (шаг зубьев) m, м |
Указано в задании |
Число зубьев на рыхлителе n |
Указано в задании |
Толщина зуба s, м |
Выбирается в процессе |
|
расчета |
4
Окончание табл. 1
Наименование показателя |
Метод определения |
|
(выбора) |
||
|
||
Конструктивная ширина захвата при рыхлении |
Рассчитывается |
|
Sк, м |
|
|
Средняя ширина захвата при рыхлении S, м |
Рассчитывается |
|
Средняя глубина рыхления hср, м |
Рассчитывается |
На рис. 1 показана общая схема устройства навесного рыхлителя. Схемы геометрической компоновки навесного оборудования для рыхления грунтов в зависимости от типа базовой машины показаны на рис. 2 и 3, а краткие технические характеристики автогрейдеров и бульдозеров с навесными рыхлителями приведены в прил. А.
А
Вид А
Рис. 1. Схема устройства навесного оборудования для рыхления грунтов: 1 – кронштейн опорный; 2 – механизм подъема-опускания; 3 – механизм изменения угла резания; 4 – балка рабочая; 5 – устройство буферное;
6 – зуб; 7 – накладка защитная; 8 – наконечник; 9 – механизм перестановки стойки зуба; 10 – тяга нижняя
5
Рис. 2. Геометрическая компоновка навесного оборудования для рыхления грунтов на базовой машине с колесным движителем
Рис. 3. Геометрическая компоновка навесного оборудования для рыхления грунтов на базовой машине с гусеничным движителем
Сила тяги по сцеплению, Н,
F |
G |
|
р |
,
(1)
где Gр – эксплуатационный вес базовой машины с навесным оборудованием для рыхления грунтов в рабочем состоянии, Н; φ – коэффициент, учитывающий использование эксплуатационного веса базовой машины с навесным оборудованием для рыхления грунтов в качестве сцепного в зависимости от типа движителя (для колесного с формулами 112 и 123 φ = 0,70…0,75; для колесного с формулами 1 3 3, 3 33 и 22 2 и для гусеничного φ = 1); λ – среднее значение коэффициента сцепления движителя
6
для различных поверхностей свежесрезанного грунта (для гусеничного λ = 0,8…1, для колесного – табл. Б1).
При установке на базовую машину только навесного оборудования для рыхления грунтов
G |
|
р |
|
(1,18...1,23)Gбм
,
(2)
где Gбм – эксплуатационный вес базовой машины, Н.
Толщина зуба s выбирается в зависимости от класса рыхлителя (табл. Б2).
Конструктивная ширина захвата при рыхлении, м,
S |
к |
s m(n 1). |
|
|
Средняя ширина захвата при рыхлении, м,
S K |
[s 2h |
tg m (n 1)], |
п |
ср |
|
(3)
(4)
где Kп = 0,75 – коэффициент перекрытия траншей зубьев; s – толщина зуба, м; µ = 15…45° – угол скалывания грунта (при рыхлении мерзлых и скальных грунтов принимаются меньшие значения µ, при рыхлении обычных грунтов – большие); m – расстояние между зубьями (шаг зубьев), м; n – число зубьев на рыхлителе.
В связи с неровностями поверхности, по которой движется средство для рыхления грунтов, и невысокой точностью управления зубьями среднюю глубину рыхления hср рассчитывают по формуле
hср
(0,6...0,8)h
,
(5)
где h – максимальная глубина рыхления, м (по заданию).
1.2. Расчет сопротивлений, действующих на рыхлитель
Сопротивления, действующие на рыхлитель, определяют для следующих условий: производится заглубление рыхлительного оборудования; машина совершает рабочий ход (рыхление грунта); производится выглубление рыхлительного оборудования.
Схема действия сопротивлений, возникающих от силы тяги по сцеплениюFφ, показана на рис. 4.
Горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивления рыхлению Rx, Н,
Rx kт F Kдг , |
(6) |
7
где kт = 0,8 – коэффициент использования силы тяги по сцеплению; Kдг = 2,5…3,0 – горизонтальный коэффициент динамичности.
Рис. 4. Схема сил, действующих на рыхлитель при движении грунтов
Боковая составляющая результирующей силы сопротивления рыхлению, Н,
Ry 0,4kт F Kдб , |
(7) |
где Kдб = 1,2…1,5 – боковой коэффициент динамичности. Вертикальная составляющая результирующей силы сопро-
тивления рыхлению, Н, |
|
Rz Rx tg Kдв , |
(8) |
где ϑ – угол наклона результирующей сил сопротивления рыхлению (ϑ = 0° для обычных грунтов; ϑ = 20° для мерзлых грунтов; ϑ = 30° для скальных грунтов); Kдв = 1,4…1,8 – вертикальный коэффициент динамичности.
Координата центра давления гусеничного движителя x, м
x |
Gр L1 Rxh Rz L2 |
, |
(9) |
|
|||
|
Gр Rz |
|
где Rz – вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления рыхлению; Rx – горизонтальная составляющая результирующей сил сопротивления рыхлению; Gр + Rz = N – равнодействующая всех нормальных реакций грунта на гусеницы (переднее колесо); L1 – расстояние от центра тяжести рыхлителя до оси ведущей звездочки (заднего колеса), м; L2 – расстояние от точки приложения результирующей сил сопротивления рыхлению до
8
оси ведущей звездочки (заднего колеса), м; h – максимальная глубина рыхления, м.
Вертикальные силы заглубления и выглубления
Rз z
и
Rв z
(рис. 5) определяются из условия вывешивания базовой машины на зубе рыхлителя:
Rз Gр (Lоп L1 )Kдв , |
|
z |
Lоп L2 |
|
|
|
в |
|
G L K |
дв |
|
||
|
R |
|
р |
1 |
. |
|||
|
z |
|
L |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
2 |
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10)
(11)
Рис. 5. Схема сил, действующих на рыхлитель:
а– при заглублении; б – при выглублении
1.3.Расчет геометрических размеров и параметров поперечных сечений зуба рыхлителя
Геометрические размеры и параметры поперечных сечений зуба рассчитываются из условия прочности по силам, действующим на один зуб (рис. 6).
Силы, действующие на один зуб рыхлителя, Н,
F |
|
R |
x , |
|
|||
x |
|
n |
|
|
|
Fy Rny ,
F 0,5Rzв |
, |
|
z |
n |
|
|
|
где n – число зубьев на рыхлителе.
(12)
(13)
(14)
9
Рис. 6. Расчетная схема зуба рыхлителя |
|
Вылет зубьев l2 определяется по формуле |
|
l2 = h + (250…600) |
(15) |
или по табл. Б2.
Формулы для расчета геометрических размеров и параметров поперечных сечений зуба приведены в табл. 2.
Таблица 2
Геометрические размеры и параметры поперечных сечений зуба
Наименование параметра |
Формула расчета |
Вылет зуба l2, м |
По формуле (15) или по табл. Б2 |
Длина хвостовой части зуба l1, м |
l1 = (0,6…0,7)l2 |
Общая длина зуба l, м |
l = l1 + l2 |
Высота h1, м |
h1 = (0,4…0,5)h |
Проекция h4, м |
l4 = h1 /tg25° |
Проекция h5, м |
l5 = (0,5…0,65)h1 |
Проекция h6, м |
l6 = (1,11…1,14)l4 |
Длина l3, м |
l3 = l5 /sin25° |
10