Проектирование автогрейдера-кирковщика АС-1 для ведения землеройно-транспортных и строительных работ на грунтах I – III категории

Перечень чертежей:

1. Чертеж общего вида автогрейдера А1 с характеристикой:

Автогрейдер  АС-1

Колесная формула  1х2х3

Двигатель   А - 01М

Мощность двигателя, 100 кВт       

Трансмиссия       механическая

Скорость

вперед, 43 км/ч    

назад, 25,2 км/ч

Боковой вынос грейдерного отвала в обе стороны относительно тяговой рамы, мм, не менее 800 

Угол резания ножа, 30…70 град    

Кабина одноместная закрытого типа

Основной несущей конструкцией автогрейдера является гнутая в вертикальной плоскости сварная рама.  Сверху на нее устанавливается двигатель, а снизу она связана с задним мостом механизма передвижения.

Механизм передвижения включает в себя коробку переменны передач, карданную передачу, балансирную подвеску и колеса.

В передней части рама переходит в гнутую выпуклостью вверх прямоугольную в сечении балку, которую обычно называют хребтовой балкой. В средней части хребтовой балки устанавливаются кронштейны для крепления гидроцилиндров подъема и опускания отвала, а впереди заканчивается стойкой с проушинами для шарнирного присоединения балки к переднему мосту и навески дополнительного рабочего оборудования: бульдозерного отвала и кирковщика, которое приводится в движение гидроцилиндрами.

С внутренней стороны к стойке хребтовой балки с помощью шарового шарнира присоединена тяговая рама с рабочим оборудованием. Тяговая рама осуществляет передачу к рабочему органу тягового усилия от основной рамы автогрейдера. В передней части тяговая рама заканчивается шаровым пальцем, с помощью которого она присоединяется к стойке хребтовой балки. На другом конце тяговая рама имеет поперечную балку с шаровыми пальцами  по  бокам для присоединения штоков гидроцилиндров подъема и опускания рабочего органа.

2. Гидравлическая схема автогрейдера А1
3. Сборочный чертеж тяговой рамы грейдера А1
4. Лист деталировки, рабочий чертежей деталей: ось, ступица и опора

В наборе представлен проект разработки конструкции среднего автогрейдера. В прилагаемой к чертежами записке было выполнено:

• обзор и анализ существующих конструкций;
• обзор теорий резания и копания грунтов рабочими органами землеройных машин;
• проведен патентный обзор;
• изучена и разработана технология производства работ автогрейдерами.

        Произведен тяговый расчет, выполнены расчеты на прочность оборудования автогрейдера.

        Автогрейдер имеет гидрофицированный кирковщик, который позволяет управлять кирками во время рыхления или взламывания дорожного полотна. Система автоматики обеспечивает ровность поверхности при работе машины на приготовлении полотна дороги или сравнивания больших площадей в строительстве, причем с большей точностью и производительностью. Проведенный технико-экономический расчет с целью оценки экономической целесообразности разработки автогрейдера позволил определить эксплуатационную производительность спроектированного автогрейдера рассчитать удельные технико-экономические показатели.

Дополнительные материалы: прилагается записка с пояснениями и расчетами на 55 страницах. Объектом исследования является автогрейдер средний с колесной формулой 1х2х3. Он предназначен для ведения землеройно-транспортных и строительных работ на грунтах I – III категории.

Цель работы – разработать и рассчитать конструкцию среднего автогрейдера.

Проведена классификация принципиальных схем автогрейдеров, выполнен обзор и анализ существующих конструкций автогрейдеров, рассмотрены новые принципиальные конструктивные решения по патентной литературе.

Приводится описание спроектированной конструкции. Выполнены прочностные, тяговые и технико-экономические расчеты. В  технико-экономическом расчете была рассчитана эксплуатационная производительность автогрейдера и определены удельные технико-экономические показатели.

Содержание пояснительной записки:

1 Обзор и анализ существующих конструкций

• Взаимодействие ножа автогрейдера с грунтом
• Классификация. Основные конструктивные схемы
• Обзор существующих конструкций
• Патентный обзор
• Выводы

2 Технология производства работ

3 Описание конструкции

4 Расчет конструкции

   4.1 Выбор основных параметров

   4.2 Тяговый расчет автогрейдера

   4.3 Расчет сил, действующих на автогрейдер

   4.4 Расчет тяговой рамы

   4.5 Расчет гидроцилиндра.

5 Технико-экономический расчет

На основании анализа патентов, авторских свидетельств и существующих конструкций можно сделать вывод о том, что автогрейдер является машиной наиболее удачно сочетающей универсальность  (в достаточно широком диапазоне отраслей) и простоту, как самой конструкции автогрейдера, так и навески  различного  рабочего  технологического оборудования.

Были выявлены следующие тенденции  дальнейшего  развития  конструкций автогрейдеров:

• увеличение единичной мощности;
• создание маневренных мини-автогрейдеров  для работы в условиях
• города и фермерских хозяйств;
• применение динамических рабочих органов для интенсификации рабочего процесса;
• расширение универсальности за счет появления других типов рабочего оборудования;
• внедрение рабочих процессов, основанных на прогрессивных методах дорожного строительства (например, повышение производительности, получение более сложных по профилю канав и кюветов, снижение энергоемкости  процесса и т.п.);
• более широкое внедрение систем автоматического управления рабочими органами, улучшение их технических характеристик и создание комплексных систем автоматического управления, обеспечивающих контроль как поперечного,  так и продольного профиля дорожного полотна.

Выбор основных  параметров  автогрейдера производится из такого расчета,  что рассчитываемая нами машина является модификацией (прототипом послужил)  автогрейдера ДЗ - 122, поэтому задаемся следующими параметрам:

• колесная формула 1х2х3
• масса машины 140 кН
• двигатель:

тип А - 01М

мощность 99,29 кВт

частота вращения 1700 об/мин

• размер шин 14.00.х20
• давление в шинах 0,4 МПа
• скорости движения, м/с:

рабочая минимальная 0,61

транспортная максимальная 10,00

В процессе работы автогрейдера возникают различного характера и величины силы сопротивления его движению.  Исходя из этих сопротивлений, рассчитывают силовую установку машины и определяют усилия, возникающие в элементах конструкции, для расчета их на прочность.

Различают два характерных режима движения автогрейдера: тяговый или рабочий, и транспортный. Тяговым называется режим движения ма­шины в процессе резания и перемещения грунта или выполнения других видов работ, транспортным - движение машины с поднятым рабочим обо­рудованием холостым ходом по участку работ или с одного объекта ра­бот на другой.  Для тягового режима характерны большие тяговые уси­лия и малые скорости передвижения автогрейдера, для транспортного - большие скорости движения и малые тяговые усилия.

Для определения сопротивлений, возникающих в рабочем режиме при резании и перемещении грунта автогрейдером должны быть известны: род грунта и его характеристики; размеры рабочего органа и углы его установки; вес автогрейдера.

Основные несущие металлоконструкции автогрейдера имеют простые конструктивные формы.  Определение их параметров ведется с учетом предельных нагрузок, которые возникают в следующих трех расчетных положениях.

После определения действующих сил производится расчет на проч­ность элементов металлоконструкции.

Для расчетов приняты следующие данные:

• масса автогрейдера на задний мост 98 кН
• статический радиус колеса 0,62 м
• поперечный уклон дна кювета 15 град
• база автогрейдера 5,83 м
• колея автогрейдера 2,0 м
• расстояние от грунта до оси переднего моста 0,95 м
• положение центра тяжести по высоте 1,12 м
• положение центра тяжести по оси 1,75 м

В соответствии с методикой второе расчетное положение автогрей­дера соответствует действию  случайных  нагрузок,  возникающих  при встрече с непреодолимым препятствием. Такое положение соответствует выполнению автогрейдером планировочных работ при горизонтальной ус­тановке  шнеково-фрезерного оборудования (рис.4.6).  В этом положе­нии,  предполагается,  что автогрейдер,  передвигаясь с  наибольшей скоростью  при выполнении планировочной операции (7 км/ч = 1,96 м/с), уперся шнеком в трудно преодолимое препятствие. При выявлении дина­мических нагрузок предполагается,  что масса препятствия по сравне­нию с массой автогрейдера велика.  Нагрузки, действующие на шнек, в этом случае нагружения рассматриваются как редко действующие. С ни­ми обычно связано появление в основной раме наибольшего изгибающего момента в горизонтальной плоскости.

Конструктивно тяговая рама  представляет  собой  равнобедренный треугольник.  Боковые  стороны  выполнены  и профиля и основание из листового металла. Боковые стороны дополнительно связаны основанием для  крепления  редуктора.  Расчетная   схема тяговой рамы и ее размеры представлены на рис. 4.2.  Сечение балок рамы - коробчатый профиль             180 х 140 х 8 мм УМТУ 2-128-70.

Основные параметры сечения профиля:

• площадь сечения 48,64 см²
• момент сопротивления изгибу 320,86 см³
• момент сопротивления изгибу 252,65 см³
• момент сопротивления при кручении 442,79 см³
• коэффициент концентрации напряжений 1,13

В точках 1, 2, 3 действуют усилия в гидроцилиндрах. В точке 8 приложены силы шарового шарнира.  В точках 4,5,6,7, которые являются местами  крепления  опорных  башмаков  поворотного  круга, действуют силы передаваемые от рабочего оборудования на раму. Конструкция тяговой рамы позволяет сделать следующий вывод; участок между  сечениями А и Б можно считать жестким в горизонтальной плоскости,  а наибольшая деформация балок рамы происходит вокруг оси  Y сечения.  Исходя всего из выше сказанного можно считать сечения А и Б заделкой и рассматривать прочность только сечения А, как наиболее опасного. Остальная часть тяговой рамы, закрепленная на жестком поворотном круге, деформации не подвергается.

Рабочее оборудование автогрейдера приводятся в движение  с  помощью гидроцилиндров. Только поворотное движение рабочий органа относительно тяговой рамы осуществляется посредством  гидродвигателя. Скорости подъема рабочего органа и дополнительного сменного оборудования обычно находятся в пределах 10..20 см/с.  Опускание и боковой вынос  рабочий органа  осуществляется  соответственно со скоростью около 8 и 4 см/с. При определении параметров гидроцилиндров подъема рабочий  органа обычно принимают,  что последний установлен с углом захвата φ0 =90° и разрабатывает грунт одним из  его  концов.  Подъем рабочий органа, поворотного круга и тяговой рамы общим весом G0 осуществляется одним гидроцилиндром.

Исходные данные для расчета:

• общая масса рабочего оборудования, 20.20 кН
• расстояния:

L1, 2,205 м

L2, 2,310 м

L3, 2,435 м

В программе: AvtoCAD и Компас 3Dv