строительные машины / 842522_F5A5E_raschetno_graficheskaya_rabota_optimalnyy_vybor_skrepera_pri

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Расчётно-графическая работа:

«Оптимальный выбор скрепера при производстве землеройно-транспортных работ»

Выполнила:

студентка гр. ПГСд-41

Спирина И.А.

Проверил:

Дьяков И. Ф.

Ульяновск

2012

Задание:

1. Объём работ, Q=3000 м³;

2. Категория грунта – IV;

3. Температура окружающей среды, t=+˚С;

4. Время выполнения работ, Т=2(дн.);

5. Расстояние перемещения грунта, L=3000 м ;

6.Средняя скорость скрепера, =8 км /ч;

7. Уклон местности. α=+5^o.

1 Выбор скрепера:

Дневной объем Q_сут вырабатываемого грунта определяется по формуле:

Q_сут = Q/ Т,

где Т – срок выполнения работы в днях.

Q_сут=3000/2=1500(м³/дн);

Объем вырабатываемого грунта за смену находят по формуле

= / n,

где n – число смен в cутки.

Q _см=1500/3=500(м³/дн);

Определяем часовую производительность машины по исходным данным. Предварительно подсчитав заданное время за смену в часах, тогда

, м,

где число часов работы за смену.

П_ч=500/8=62,5(м³/ч);

Принимаем по заданию в качестве разрабатываемого грунта – пecчaнo-глиниcтый гpунт co знaчитeльнoй (cвышe 30%) пpимecью гaльки и щeбня

Основные свойства грунта:

1. Плотность в естественном состоянии −1700 кг /м;

2. Коэффициент разрыхления− 1,18;

3. Удельное сопротивление резанию – 300 кПа;

Марку скрепера предварительно определяем, исходя из формулы эксплуатационной часовой производительности

, (1.1)

где q−емкость ковша, м;

− коэффициент использования рабочего времени, принимаем по ЕНиР Сборник Е2 выпуск 1(приложение 4);

=1-коэффициент наполнения ковша для IV категории грунта

продолжительность цикла, с, где

l1,l2,l3,l4-соттветственно длина пути набора грунта, дальность перемещения грунта, длина разгрузки, расстояние холостого хода; v1,v2.v3,v4-скорости движения скрепера при выполнении соответствующей операции

-время,затрачиваемое на повороты скрепера;

-время переключения передач;

(м)

=3,8 (м)

=0,812,5=10 км/ч=2,7 м/с

0,75 Vmax =0,7544 км/ч =33 км/ч=9,1 м/с

0,75 Vmax=0,7544 км/ч =33 км/ч=9,1 м/с

км/ч=10,4 м/с

=1038 с

t_ц=(14,32/2,7+3000/9,1+7,67/9,1+1038)+2x12+30=1374с=0,38 ч;

Подставим в уравнение (1.1) вместо − часовую производительность полученной по исходным данным , находим объем ковша

;

Увеличиваем срок выполнения работы до 3 дней.

Q_сут = Q/ Т,

Q_сут=3000/3=1000(м³/дн);

= / n

Q _см=1000/3=333,33(м³/дн);

, м,

П_ч=333/8=41,66(м³/ч);

Принимаем скрепер ДЗ-107-1 с геометрическим объемом ковша 25 м³, базовый тягач БелАз-531, двигатель ЯМЗ-240 (дизельный, V-образный, четырехтактный, двенадцатицилиндровый).

Скрепер ДЗ-107-1

2.Скоростная характеристика двигателя.

Внешняя характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности, крутящего момента и других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке у бензинового двигателя или при максимальной (установленной заводом-изготовителем) цикловой подаче топлива у дизеля.

При построении внешней характеристики двигателя может быть использовано какое-либо из известных эмпирических выражений, например, формула С.Р.Лейдермана

; (1.1)

;

где P_emax=265 кВт;

n_Pe=2100 об/мин;

Коэффициенты a,b,c входящие в формулу Лейдермана, не являются обязательными. Эти значения дают достаточно хорошее совпадение формы расчетной внешней характеристики с экспериментальной для многих существующих двигателей, но не для всех.

В общем случае значения коэффициентов a,b,c завясят от соотношения частоты вращения при максимальной мощности(номинальной) и частоты вращения при максимальном крутящем моменте, т.е от величины =

Для дизелей:

b=2c=2,3

a=1+c-b=-0,4

Формула Лейдермана является не единственным аппроксимирующим полиномом, применяемым для расчетного построения внешней скоростной характеристики. Иногда для длучшего приближения к экспериментальным характеристикам испльзуются аппроксимирующие полиномы и более высоких степеней. Коэффициенты таких полиномов должны быть свои для каждого двигателя.

По рассчитанным значениям мощности в каждой точке характеристики определяется крутящий момент двигателя.

Но так как мы имеем техническую характеристику двигателя,то для расчета коэффициентов можем воспользоваться:

Формула (1.1) имеет общий характер, поэтому она должна быть верна в точке n=nN: P_emax = P_emax * (a + b − c ), отсюда a + b − c =1 .

Для двигателей, не имеющих ограничителя частоты вращения: a+2b-3c=0

Коэффициент приспособляемости по частоте=

Для двигателей, не имеющих ограничителя a=2-25/Tз, b=50/Tз-1, c=25/Tз

a=2-25/24,46=0,97

b=50/24,46-1=1,04

c=25/24,46=1,02

Проверка: 0,97+2*(1,04)-3*1,02=0

-0,01=0

Определяем расход топлива скрепера в час, G_т:

G_т=Р_е*q_c;

q_c-удельный расход топлива;

G₁=186,44*0,208=38,77(кг/ч)

G₂=225,71*0,208=46,94(кг/ч)

G₃=236,28*0,208=49,146 (кг/ч)

G₄=245,30*0,208=51,02 (кг/ч)

G₅=252,59*0,208=52,53 (кг/ч)

G₆=257,98*0,208=53,65 (кг/ч)

G₇=261,29*0,208=54,34 (кг/ч)

4. Тяговая характеристика

Определяем F_k на1, 2 и 3 передачах.

; .

1) При T_e=1655,79(Нм)

2) При T_e=1378,01(Нм)

3) При T_e=1340,14(Нм)

4. При T_e=1296,69(Нм)

4. При T_e=1247,67(Нм)

Определяем силу сопротивления качению:

F_f=f*G_e=0,02*680=13,6 (кН)

Определяем номинальную касательную силу тяги:

F_т=F_к- F_f

1) F_т=42,95-13,6=29,35кН)

F_т=24,94-13,6=11,34(кН)

F_т=12,2-13,6=0(кН)

2) F_т=52-13,6=38,4(кН)

F_т=30,19-13,6=16,59(кН)

F_т=14,77-13,6=1,17(кН)

3) F_т=58,19-13,6=44,59(кН)

F_т=33,78-13,6=20,18(кН)

F_т=16,53-13,6=2,93(кН)

4) F_т=59,44-13,6=45,84(кН)

F_т=34,51-13,6=20,5(кН)

F_т=16,88-13,6=3,28(кН)

5) F_т=60,2-13,6=46,6(кН)

F_т=34,95-13,6=21,35(кН)

F_т=17,1-13,6=3,5(кН)

Коэффициент буксования рассчитывают по формуле:

,

где F-сила тяги, которой соттветствует искомая величина буксования ;

R-нормальная реакция грунта на движателья;

A,B,n-коэффициенты, зависящие от вида движателя, а так же типа шин, давления воздуха и грунтовых условий.

,

где L_M – база скрепера

где γ - объемная масса грунта, γ=1,7 т/м³

к_Н – коэффициент наполнения, к_Н = 1

к_Р - удельное сопротивление резанью грунта, к_Р=1,18

, где m – эксплуатационная масса скрепера, т кН

кН

А=0,1

B=9,25

n=8

Коэффициент буксования определяем по первой передаче:

Подсчитываем действительную скорость:

1)V¹=12,5*(1-0,019)=12,262(км/ч)

V²=21,53*(1-0,019)=21,120(км/ч)

V³=44*(1-0,019)=43,16(км/ч)

2)V¹=12,5*(1-0,024)=12,20(км/ч)

V²=21,53*(1-0,024)=21,01(км/ч)

V³=44*(1-0,024)=42,94(км/ч)

3) V¹=12,5*(1-0,026)=12,175(км/ч)

V²=21,53*(1-0,026)=20,970(км/ч)

V³=44*(1-0,026)=42,856(км/ч)

4) V¹=12,5*(1-0,028)=12,150(км/ч)

V²=21,53*(1-0,028)=20,927(км/ч)

V³=44*(1-0,028)=42,768(км/ч)

5) V¹=12,5*(1-0,029)=12,137(км/ч)

V²=21,53*(1-0,029)=20,905(км/ч)

V³=44*(1-0,029)=42,724(км/ч)

Тяговая мощность:

P_т=F_т*V

1) P_т¹=29,35*12,26*1000/3600=99,95 кВт

P_т²=11,34*21,12*1000/3600=66,53 кВт

P_т³=0,0*43,16*1000/3600= 0кВт

2) P_т¹=38,4*12,20*1000/3600=130,13 кВт

P_т²=16,59*21,01*1000/3600=96,82 кВт

P_т³=1,17*42,91*1000/3600=13,94 кВт

3) P_т¹=44,59*12,17*1000/3600=150,73 кВт

P_т²=20,18*20,97*1000/3600=117,55 кВт

P_т³=2,93*42,86*1000/3600=34,88 кВт

4) P_т¹=45,84*12,15*1000/3600=154,71 кВт

P_т²=20,5*20,93*1000/3600=119,18 кВт

P_т³=3,28*42,77*1000/3600=38,96 кВт

5) P_т¹=46,60*12,14*1000/3600=157,14 кВт

P_т²=21,35*20,90*1000/3600=123,94 кВт

P_т³=3,50*42,72*1000/3600=41,53 кВт

Расчет сопротивления скрепера

Тяговый расчет скрепера производится при транспортном и тяговом режимах работы скрепера, при этом определяется сопротивления W, возникающие в конце процесса наполнения ковша.

где W_Д- сопротивление движению скрепера, кН;

W_Р- сопротивление резанью, кН;

W_Н- сопротивление наполнению ковша скрепера, кН;

W_П- сопротивление перемещению грунта или призмы волочения, кН.

Сопротивление движению скрепера

где - вес скрепера, кН

- вес грунта, кН

f – коэффициент перемещения, f =0,02

где m – эксплуатационная масса скрепера, т

где γ - объемная масса грунта, γ=1,7 т/м³

к_Н – коэффициент наполнения, к_Н = 1

к_Р - удельное сопротивление резанью грунта

, кН

, кН

, кН

Сопротивление резанию

где к₁ - удельное сопротивление резанию грунта,

в – ширина отвала, м

h – толщина стружки, м

, кН

где - длина днища,

- длина ковша поверху.

=0,19 м

Сопротивление наполнению ковша скрепера

где W′_H – сопротивление силы тяжести грунта, поступающего в ковш, кН

W″_H – сопротивление трению грунта в ковш, кН

где χ – коэффициент, учитывающий внутреннее трение, χ=0,4

, кН

, кН

, кН

Сопротивление перемещению грунта или призмы волочения

где у - коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой

μ₂ – коэффициент трения грунта

, кН

Сопротивление преодолению сил инерции

=1+[219,8+2,46² *0,9+0,95]/[68000*0,37*0,37]=1,024

, кН

Для самоходного скрепера при работе без толкача необходимо, чтобы окружная сила на ведущих колесах была равна или несколько превышала суммарное сопротивление

, кН

Условие выполняется. Суммарное сопротивление преодолевается тяговым усилием.

Проверка скрепера на устойчивость

В значительной степени безопасность скрепера зависит от его устойчивости. Скрепер при работе испытывает ассиметрично приложенные нагрузки, преодолевает значительные и поперечные уклоны, работает в тяжелых грунтовых условиях. Действие перечисленных факторов может привести к опрокидыванию скрепера либо к его остановке из-за недостаточного сцепления ведущих колес с грунтом ввиду перераспределения нагрузок между осями. С увеличением угла α (рис. 2) уменьшается нагрузка на ведущие колеса. Максимальное тяговое усилие Т_max при движении на подъем характеризуется углом φ_СЦ при условии сохранения сцепления ведущих колес с грунтом:

где R – реакция грунта на ведущих колесах

,

где L_M – база скрепера

где γ - объемная масса грунта, γ=1,7 т/м³

к_Н – коэффициент наполнения, к_Н = 1

к_Р - удельное сопротивление резанью грунта, к_Р=1,18

, где m – эксплуатационная масса скрепера, т кН

кН

Необходимое для движения скрепера тяговое усилие

где f - коэффициент сопротивления передвижению скрепера

, кН

Предельный угол подъема определяем следующим образом:

Предельный угол подъема α_МАХ=5,14˚

Определяем проекционную площадь сечения вырезаемой стружки грунта на плоскости перпендикулярной к направлению давления S_r

S_r=F_т/К_р;

где К_р =300 кПа- удельное сопротивление резанию

S_r=29,35/300=0,09 м².

S_r=38,4/300=0,128 м².

S_r=44,59/300=0,148 м².

S_r=45,84/300=0,153 м²

S_r=46,6/300=0,155 м²

5.Техническая производительность скрепера:

П_т=1000*S_r*V_д

П_т=1000*0,09*12,262=110,358(м³/ч)

П_т=1000*0,128*12,200=115,610(м³/ч)

П_т=1000*0,148*12,175=180,190(м³/ч)

П_т=1000*0,153*12,150=185,895(м³/ч)

П_т=1000*0,155*12,137=188,123(м³/ч)

Удельный расход топлива.

g_т =G_т/П_т, кг/м³

1. при G=38,77 кг/ч

g_т=38,77 *1000/110358=35,13 г/м³

g_т=38,77 *1000/115610=33,53 г/м³

g_т=38,77 *1000/180190=21,51 г/м³

g_т=38,77 *1000/185895=20,85 г/м³

g_т=38,77 *1000/188123=20,60 г/м³

2. при G=46,94 кг/ч

g_т=46,94*1000/110358=42,53 г/м³

g_т=46,94*1000/115610=40,60 г/м³

g_т=46,94*1000/180190=26,05 г/м³

g_т=46,94*1000/185895=25,25 г/м³

g_т=46,94*1000/188123=24,95 г/м³

3. при G=53,53 кг/ч

g_т=53,53*1000/110358=48,50 г/м³

g_т=53,53*1000/115610=46,30 г/м³

g_т=53,53*1000/180190=29,70 г/м³

g_т=53,53*1000/185895=28,79 г/м³

g_т=53,53*1000/188123=28,45 г/м³

4. при G=54,34 кг/ч

g_т=54,34 *1000/110358=49,23 г/м³

g_т=54,34 *1000/115610=47,00 г/м³

g_т=54,34 *1000/218190=24,90 г/м³

g_т=54,34 *1000/185895=29,23 г/м³

g_т=54,34 *1000/188123=28,88 г/м³

5)при G=54,94 кг/ч

g_т=54,94*1000/110358=49,78 г/м³

g_т=54,94*1000/115610=47,52 г/м³

g_т=54,94*1000/180190=30,49 г/м³

g_т=54,94*1000/185895=29,55 г/м³

g_т=54,94*1000/188123=29,20 г/м³

Расчет выброса отработавших газов в атмосферную среду

Экологическая безопасность — свойство скрепера, заключающееся в его безвредности для человека и окружающей среды. Вредное воздействие машины состоит в загрязнении окружающей среды токсичными веществами и в шумообразовании. Борьба с повышенным шумом в населенных пунктах идет по линии усовершенствования машин и рационального проектирования жилых массивов, запрещении подачи звуковых сигналов, запрещении движения работы по ночам в жилых районах городов. Загрязнение окружающей среды производится в основном отработавшими газами машин, а также продуктами износа шин. К основным токсичным компонентам относятся: окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, сажа и окислы серы. Окись углерода обладает сильным токсичным свойством и вступает в реакции с гемоглобином крови человека, образуя карбоксигемоглобин, который нарушает процесс насыщения крови кислородом, что приводит к кислородному голоданию. Еще более опасны окислы азота. При концентрации 0,004...0,008% окислы азота могут вызывать отеклегких, а при более высокой концентрации - внутреннее кровоизлияние и смерть человека. Углеводороды нарушают деятельность центральной нервной системы, вызывают слезоточение, кашель, насморк, способствуют возникновению легочных заболеваний. Наиболее опасным из углеводородов является бензопирен, обладающий канцерогенными свойствами. Акролеин действует раздражающе на слизистые оболочки, вызывает конъюктивит и кашель. При концентрации 0,0008 % акролеин трудно переносим, при концентрации 0,014 %g gриводит к смерти человека через 10 мин. Твердые частицы углерода (сажа) могут стать причиной заболевания верхних дыхательных путей. Однако основная опасность сажи состоит в том, что ее частицы являются переносчиками сорбированных их поверхностями канцерогенных веществ. Оседая в легких, эти вещества стимулируют появление злокачественных опухолей (рака). Окислы серы раздражают верхние дыхательные пути, иссушают носоглотку.

При концентрации окислов серы более 0,004% происходит отравление ор-

ганизма человека.

В настоящее время в России действуют Правила 83-02(A) ЕЭК ООН, нор-

мирующие выброс отравляющих веществ. Процедура испытаний включает три

различных цикла: ESC, ETC и ELR, предназначенные для определения выбро-

сов вредных веществ и дымности отравляющих газов. Цикл ESC по принципу близок к 13-ступенчатому европейскому циклу. При испытаниях по этому циклу проверяют содержание NOх в трех дополнительных «случайных» точках в пределах заданных диапазонов по нагрузочной характеристике. Содержание NO4 в этих точках не должно превышать более чем на 10 % содержание NOх в соответствующих точках цикла. Цикл ETC - это с непрерывным (посекундным) изменением нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Цикл состоит из трех фаз, имитирующих движение в условиях города, пригорода и автострады. Газовые двигатели испытываются только по этому циклу. Цикл ELR представляет собой цикл динамического нагружения для определения дымности ОГ на тех же скоростных режимах, что в цикле ESC, а также на одном дополнительном случайном режиме. С 1 октября 2008 г. предельная величина для NOx составляет 2,0 для двигателей с рабочим объемом менее 0,75 дм3 и номинальной частотой вращения коленчатого вала более 3000 мин-1.