m1047

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

Эксплуатационные параметры

Эксплуатационный вес базовой машины Gбм, H По марке базовой машины, указанной в задании

Рассчитывается

4

Окончание табл. 1

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

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

где Gбм – эксплуатационный вес базовой машины, Н.

Толщина зуба s выбирается в зависимости от класса рыхлителя (табл. Б2).

Конструктивная ширина захвата при рыхлении, м,

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

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,

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,

где Kдб = 1,2…1,5 – боковой коэффициент динамичности. Вертикальная составляющая результирующей силы сопро-

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

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.

(рис. 5) определяются из условия вывешивания базовой машины на зубе рыхлителя:

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,

9