Магистерский диплом на тему Исследование рабочего процесса работы бульдозера с усовершенствованным бульдозерным оборудованием

Содержание:

Введение 5
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 7
1.1 Теоретический обзор 7
1.1.1 Сопротивления, имеющие место при взаимодействии с грунтом рабочих органов землеройно-транспортных машин 7
1.1.2 Анализ способов повышение эффективности земляных работ бульдозерами за счет совершенствования рабочего оборудования 16
1.1.3 Обзор патентов рабочих органов бульдозеров 19
1.2 Техническая характеристика объекта исследования 28
1.3 Описание существующего бульдозерного оборудования 29
1.4 Обоснование актуальности исследования 32
1.5 Обоснование выбранных технических решений по усовершенствования бульдозерного оборудования 32
1.6 Цель и задачи исследования 35
2 Теоретические, расчетно-проектные исследования 36
2.1 Расчетно-проектные исследования рабочего процесса бульдозера на основе инженерной методики 36
2.2 Аналитический обзор подходов к математическому моделированию рабочего процесса бульдозера 39
2.2.1 Теоретические основы моделирования рабочего процесса бульдозера 39
2.2.2 Обзор математических моделей рабочего процесса бульдозера 40
2.3 Прочностной расчет 50
2.3.1 Классификация действующих сил и методика расчета на прочность 50
2.3.2 Определение сил, действующих на бульдозер, при расчете на прочность и допускаемые напряжения 52
2.3.3 Определение усилий в шарнирах крепления рамы поворотного бульдозера к базовой машине 59
2.3.4 Определение размеров рамы бульдозера 66
2.3.5 Расчет металлоконструкции отвала 67
2.3.6 Расчет бульдозерного оборудования на прочность и долговечность 68
3 Компьютерное моделирование рабочего процесса бульдозера 83
3.1 Выбор и обоснование программных средств для моделирование рабочего процесса бульдозера 83
3.2 Моделирование рабочего процесса бульдозера 83
4 Результаты исследований 89
4.1 Анализ результатов исследования 89
Заключение 91
Список использованных источников 92

Введение:

Бульдозер является наиболее распространенной машиной в строи-тельстве, что объясняется простотой конструкции, высокой производи-тельностью, возможностью универсального использования в самых разно-образных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполнения работ.
Бульдозер представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину, предназначенную в основном для срезания, пла-нировки и перемещения на расстояние до 150 м грунтов и материалов.
Состоит бульдозер из базового трактора или тягача, впереди кото-рого в поперечной плоскости навешен рабочий орган — отвал. Бульдозер — это машина цикличного действия: сначала осуществляется рабочий ход (разработка и перемещение грунта, засыпка траншей, срезка кустарника и т.п.), затем холостой ход (возвращение в исходное положение), после чего цикл повторяется.
При установке на бульдозер в задней части трактора рыхлителя по-лучают бульдозер-рыхлитель. Бульдозеры-рыхлители разрабатывают грунты более высокой прочности и смерзшиеся материалы после их пред-варительного рыхления.
Повышение производительности труда в строительстве не может быть обеспечено только за счет увеличения количества землеройных ма-шин, необходимы качественные изменения в парке машин и оборудования, принципиальное улучшение средств механизации строительства, ускоре-ние замены устаревшей землеройной техники, увеличение единичной мощ-ности машин, создание и внедрение новых орудий труда. Предусматрива-ется совершенствование конструкций рабочих органов так называемого традиционного типа при минимальной их переделке, разработка новых машин и комплексов, обеспечивающих реализацию безотходной техноло-гии производства работ, экономию энергетических, материальных, трудо-вых и экологических затрат при выполнении земляных работ на всех эта-пах промышленного, гражданского, дорожного, мостового и аэродромно-го строительства, что определяет комплекс вопросов, решение которых базируется на научном и производственном потенциалах машиностроения.
Целью работы является исследование рабочего процесса работы бульдозера с усовершенствованным бульдозерным оборудованием.

Заключение:

В результате исследования его цель достигнута.
При этом решены следующие задачи.
1. Анализ состояния вопроса.
2. Расчетно-проектные исследования рабочего процесса бульдозера на основе инженерной методики.
3. Аналитический обзор подходов к математическому моделирова-нию рабочего процесса бульдозера.
4. Прочностной расчет.
5. Моделирование рабочего процесса бульдозера.

Фрагмент текста работы:

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Теоретический обзор

1.1.1 Сопротивления, имеющие место при взаимодействии с грунтом рабочих органов землеройно-транспортных машин

Для правильного определения основных параметров землеройно-транспортных машин (в том числе бульдозеров) при расчете и проектиро-вании необходимо знать основные физико-механические свойства грунтов, с которыми взаимодействуют рабочие органы землеройных машин.
Свойства грунтов оказывают влияние не только на прочность и дол-говечность, но также и на производительность машины и, соответственно, на стоимость производимых работ.
Грунты разнообразны по свойствам и своему составу и представля-ют собой дисперсную сложную систему, в которой дисперсной фазой вы-ступают минеральные частицы разных размеров, а дисперсной средой — воздух или вода, заполняющие частично или полностью пустоты между частицами.
В данном параграфе рассмотрим только те физико-механические свойства грунтов, которые применяют в расчетах производительности и сопротивлений, которые возникают при работе землеройных машин [1].
К свойствам грунтов, характеризующим их способность сопротив-ляться внешним нагрузкам, относят физические свойства (вид грунта и его плотность), сопротивление грунта сдвигу — коэффициент трения грунта по грунту, разрыхляемость, физико-механические свойства — коэффициент трения грунта о сталь, угол естественного откоса.
В зависимости от размеров минеральных частиц, которые содержат-ся в грунте природного залегания, он называется (по упрощенной класси-фикации): гравием, при размере частиц более 2,0 мм; грунтом песчаным — 0,05…2,0 мм; грунтом пылеватым 0,005…0,05 мм и грунтом глинистым — менее 0,005 мм.
Грунты со всевозможным содержанием в них пылеватых, песчаных и глинистых частиц имеют различные свойства.
Плотность грунта представляет собой отношение массы грунта к его объему при естественной влажности г = mг/V, где mг — масса грунта, кг (т); V — объем грунта, м3. Плотность грунтов как правило колеблется в диапа-зоне 1,5…2,0 т/м3 в зависимости от пористости, минералогического состава и влажности. Данный показатель оказывает существенное влияние на за-траты энергии при подъеме и транспортировании грунта.
Разрыхляемость характеризует способность грунта при разработке увеличиваться в объеме и оценивается коэффициентом Кр, который пред-ставлят собой отношение объема разрыхленного искусственно грунта к объему, который он занимал в естественном состоянии. Для большинства грунтов среднее значение коэффициента разрыхления Кр лежит в пределах 1,05…1,35. При этом большее значение соответствует грунтам глинистым, а меньшее — песчаным грунтам.
Сопротивление сдвигу, согласно закону Кулона, преодолевается грунтом при его разработке и линейно зависит от нормальных напряже-ний, может быть рассчитано по зависимости:
(1.1)
где  — сопротивление грунта сдвигу, МПа;  — нормальное напряжение в плоскости сдвига, МПа; 2 — угол внутреннего трения, …°; 2 — коэффициент внутреннего трения грунта (2 = tg2); c — удельная сила сцепления грунта, МПа.
Для исследуемого грунта величину угла внутреннего трения 2 определяют на сдвиговом приборе.
Коэффициент 2 имеет большое значение при расчете сопротивлений, которые возникают при перемещении призмы волочения грунта отвалом бульдозера.
При отсыпке с некоторой высоты сыпучего или разрыхленного грунта он откладывается в виде конуса. Угол между основанием конуса и образующей — это угол естественного откоса 0, величина которого зависит от вида грунта, его гранулометрического состава и влажности. Величина угла 0 используется для расчета объема призмы волочения перед отвала-ми землеройных машин.
Коэффициент трения грунта о сталь 1 используют для расчета со-противления перемещению грунта по отвалу и силы трения рабочего ор-гана машины о грунт. Величина коэффициента 1 определяется видом грунта, состоянием стальной поверхности рабочих органов и лежит в пре-делах 0,25…1,0. Меньшее значение 1 имеет место при ровной, гладкой поверхности рабочих органов, а большее — при наличии раковин и следов коррозии рабочих органов.
Сопротивления, имеющие место при взаимодействии с грунтом ра-бочих органов землеройно-транспортных машин.
При рассмотрении данных вопросов принято различать 2 понятия: резание и копание грунта.
Резанием считается процесс, который имеет место в случае, когда режущий элемент рабочего органа землеройной машины, как правило клин, под действием сил внедряется в грунт и далее перемещается по тра-ектории, определяемой конструкцией машины, отделяя при этом слой, называемый условно стружкой.
Копанием считается совокупность процессов, которые включают в себя резание грунта, перемещение призмы волочения (его разрушенной части) перед отвалом или вдоль его, а также перемещение грунта по грун-ту и трение рабочего органа о грунт.