Разработка устройства защиты промышленного трактора 30 тягового класса от опрокидывания

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 12
1.1 Обзор защиты против опрокидывания (ROPS) 12
1.2 Конструкторская часть 15
1.3 Тяговый расчет промышленного трактора ЧЕТРА Т30 16
1.3.1 Расчет эксплуатационной мощности и эксплуатационного момента 19
1.3.2 Расчет тяговой характеристики промышленного трактора ЧЕТРА Т30 при прямолинейном движении 23
2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 26
2.1 Расчет конструкции ROPS на прочность 26
2.1.1 Выбор программного обеспечения 29
2.2 Расчет 33
2.2.1 Боковое нагружение 34
2.2.2 Вертикальное нагружение 37
2.2.3 Продольное нагружение 39
2.2.4 Анализ расчета 40
2.3 Расчет болтового стыка 41
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 45
3.1 Сборка конструкции ROPS 46
3.2 Расчет режимов резания. 50
4 НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 55
4.1 Натуральные испытания 55
4.2 Испытания 57
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
6 ЛИТЕРАТУРА 64

Весь текст будет доступен после покупки

На территории Российской Федерации действует технический регламент Таможенного союза “О безопасности машин и оборудования” ((ТР ТС 010/2011) принят Решением Комиссии Таможенного союза от 18 октября 2011 г. № 823).
Этот регламент устанавливает требования к безопасности машин и (или) оборудования при проектировании, производстве, монтаже, наладке, эксплуатации, хранении, перевозке, реализации и утилизации в целях защиты жизни или здоровья человека, имущества, охраны окружающей среды, а также предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей.
Он распространяется на все машины и оборудование, выпускаемые в обращение на территории стран-участниц Таможенного союза.
В регламенте определены правила и процедуры оценки соответствия машин и оборудования требованиям безопасности, а также формы и схемы подтверждения соответствия.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обзор защиты против опрокидывания (ROPS).

ROPS — этo мeждунаpодная системa, кoтoрая пpедпиcываeт стандарты констpyирования и изготовления опеpатоpских kабин спецтехники.
Основные элементы системы ROPS:
усиленные каркасы;
рамы с подрамниками;
монтажные pастрyбы;
болты, пальцы;
упругие амортизаторы;
защитные решётки на стёкла.
Система ROPS сеpтифициpована для следующих категорий спецтехники:
гyсеничных и колёсных трактоpов;
фронтальных погрузчиков и мини-погрузчиков, работающих с навесным оборудованием;
колёсных экскаваторов;
тягачей самоходных скреперов;
строительных бульдозеров;
дорожных катков;
автогрейдеров.


Существует два oсновных типа систем защиты против опроктдывания ROPS:
Стационарные ROPS - устанавливаются на заводе и являются частью констрyкции транспортного средства. Они обычно более прочные и надежные, но могут быть менее удобными в использовании, так как не могут быть легко изменены или yдалены.
Съемные ROPS - могyт быть yстановлены или удалены по желанию пользователя. Они обычно менее дорогие и более удобные в использовании, но могут быть менее пpочными и надежными, чем cтационарные ROPS.
Ещё существует большое разновидности конструктивных схем защитных yстройств и их креплений к остову тpактора. Однако, несмотря на большое многообразие, все принципиальные схемы защитных каркасов kласcифицируют:
– по конструктивному исполнению: встроенные и оконтуривающие
(рисунок 1.1),

Рисунок 1.1.1
Пример оконтуривающего (a) и встроенного (b) ROPS
– по числу вертикальных силовых элементов (двух-, четырех- и многостоечные).
Одностоeчный (one-post) и двухстоечный (two-post) ROPS (рисунки
1.1.2 и 1.1.3)

Рисунок 1.1.2 – Одностоечный ROPS Рисунок 1.1.3 – Двухстоечный ROPS

имеет одну или две стойки, каркасные или собранные из отдельных деталей и
один или два консольных воспринимающих нагрузку конструктивных элемента.
Одним из pазновидностей такой системы может являться трубчатый (rollbar) ROPS, имеющий kонсольных конструктивных элементов.
Многостоечный ROPS (multiple-post) имеет более двух стоек,каркасных или собранных из отдельных деталей, соединенных конструктивными элементами, воспринимающими нагрузку (рисунок 1.4).

Рисунок 1.1.4 – Примеры четырехстоечного ROPS

Из данного подpаздела можно сказать, что защитное yстройство ROPS 30-го тягового класса является двухстоечныm и съемным.

1.2 Конструкторская часть.
Рама ROPS представляет из себя сварную конструкцию из листов стали 09Г2С.Толщтина листовой стали-20мм. Конструкция ROPS прикрепляется к раме промышленного трактора с помощью специальных кронштейнов и болтов. Болтовое крепление -12 болтов(болты -М20 ,М24)

Рисунок 1.2-Общий вид ROPS








1.3 Тяговый расчет промышленного трактора ЧЕТРА Т30.

Минимально необходимым набором исходных данных, который необходим для расчета является: вес трактора параметры двигателя – мощность, частота вращения и требуемая скорость движения машины. Для
исследуемого бульдозера подобран двигатель ЯМЗ-850.10 производства Ярославского моторного завода, номинальной мощностью 412 кВт (560л.с),
номинальная требуемая частота вращения двигателя 1900 об/мин.

Исходные данные:
Таблица 1.3- Внешняя скоростная характеристика двигателя ЯМЗ 850.10
n Me Ne
об/мин Нм кВт
1100 2345 270,1
1200 2590 325,4
1300 2685 365,5
1400 2678 392,6
1500 2590 406,8
1600 2433 407,6
1700 2286 406,9
1800 2139 403,2
1900 2071 412
1950 0 0

Рисунок 1.3.1 - Внешняя скоростная характеристика ЯМЗ-850.10

Для выполнения тягового расчет промышленного трактора Т30 также будет нужна безразмерная характеристика гидротрансформатора (ГТР), используем тот, который подходит на промышленный трактор ЧЕТРА Т30. Данный ГТР имеет активный диаметр 480 мм, а используемое в нём масло должно иметь плотность 850 кг/м3.
Безразмерная характеристика приведена в табл. 1.4 и на рисунке 1.3.2, где i' – передаточное число ГТР, К – коэффициент трансформации; ? – КПД гидротрансформатора ? - коэффициент крутящего момента насосного колеса ГТР.







Таблица 1.4 - Безразмерная характеристика ГТР
№ i' К ? ?x106
1 0,000 2,64 0 4,525
2 0,100 2,39 0,239 4,4
3 0,200 2,193 0,439 4,263
4 0,300 1,997 0,599 4,1
5 0,400 1,828 0,731 3,925
6 0,473 1,691 0,8 3,755
7 0,500 1,64 0,82 3,705
8 0,600 1,463 0,878 3,413
9 0,700 1,301 0,911 3,045
10 0,774 1,189 0,92 2,745
11 0,800 1,144 0,915 2,638
12 0,950 0,842 0,8 1,375
13 1,000 0,655 0,655 0,538



Рисунок 1.3.2 - Безразмерная характеристика ГТР

1.3.1 Расчет эксплуатационной мощности и эксплуатационного момента.
Эксплуатационная мощность двигателя при номинальной частоте вращения 1900 об/мин:
N_э=N_e-(N_г+N_вент+N_компр+N_насос )=412-(1,5 + 28,8 + 4 + 9,47) = =368,23 кВт
где Ne – мощность двигателя при частоте вращения 1900 об/мин, кВт;
Nг – потери мощности на генератор, кВт;
Nвент – потери мощности на вентилятор, кВт;
Nкомпр – потери мощности на компрессор кондиционера, кВт;
Nнасос – потери мощности на насос, кВт.
Момент двигателя из мощности определяется, при n = 1900 об/мин:
M_э=9550•N_э/n=9550•368,23/1900=1850,8 Н•м
Потери мощности генератора – 1…2 кВт, вентилятора 7 – 10% от номинальной мощности, компрессора кондиционера 3…5 кВт.

Потери мощности на насос на номинальной частоте вращения вычисляются по формуле:
N_н=(P•V)/?_н =(3000000•0,003)/0,95=9,47 кВт
где P – давление в насосе, Па;
V – расход насоса, м3/с;
?н – КПД насоса.
Расход насоса вычисляем по формуле:
V=q•n=0,0001•30=0,003 м^3/c
где q – рабочий объем насоса, м3;
n – частота вращения насоса при номинальной частоте вращения двигателя:
n_н=n_ном•z_1/z_2 =1900•54/57=1800 об/мин=30 об/с
Потери мощности вентилятора при номинальной частоте вращения двигателя равняется 7 – 10% от номинальной мощности, рассчитаем для 7%:
N_(?вент?_ном )=(N_e•7)/100=(412•7)/100=28,8 кВт
Потери мощности вентилятора при частоте вращения ниже номинальной, например, при 1700 об/мин:
N_вент=N_(?вент?_ном )•(n_i/n_ном )^3=28,8•(1700/1900)^3=20,6 кВт
Потери мощности насоса при частоте вращения ниже номинальной, например, при 1700 об/мин:
N_насоса=N_(?насоса?_ном )•(n_i/n_ном )^1=9,47•(1700/1900)^1=8,48 кВт
Аналогично определяются потери мощности на генератор и компрессор кондиционера.

Эксплуатационная мощность при частоте вращения ниже номинальной определяется, например, при 1700 об/мин:
N_э=N_e-(N_г+N_вент+N_компр+N_насос )=406,9-(1,34+ 20,63 + 3,58 + 8,48) = 372,87 кВт
где Ne – мощность двигателя при частоте вращения 1700 об/мин, кВт.










Таблица 1.5 - Результаты расчета эксплуатационной мощности и момента
n, об/мин Потери мощности Эксплуа-тационная мощность Крутя-щий момент двигате-ля
На генерато-ре На вентиля-торе На компрес-соре кондици-онера На насо-се
1100 0,87 5,59 2,32 5,48 255,84 2221,17
1200 0,95 7,26 2,53 5,98 308,69 2456,636
1300 1,03 9,22 2,74 6,48 346,03 2541,98
1400 1,11 11,52 2,95 6,98 370,05 2524,23
1500 1,18 14,17 3,16 7,48 380,81 2424,47
1600 1,26 17,20 3,37 7,98 377,79 2254,94
1700 1,34 20,63 3,58 8,48 372,87 2094,67
1800 1,42 24,49 3,79 8,98 364,53 1934,01
1900 1,50 28,80 4,00 9,47 368,23 1850,82
Для того чтобы построить совмещение работы двигателя и ГТР нужно построить нагрузочные параболы. Для этого для всех частот вращения двигателя и коэффициентов крутящего момента насосного колеса ГТР вычисляется крутящий момент на валу насосного колеса ГТР:
M_н=?•g•?•10^(-6)•D_a^5•n_н^2=850•9,8•0,45•10^(-6)•?0,48?^5•1900^2==344,8 Н•м
где ? – плотность масла, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м·с2;
nн – частота вращения двигателя, об/мин;
Da – активный диаметр ГТР, м.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ГОСТ Р ИСО 3471-2009 Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания. – М.: Стандартинформ. 2009. – 30 с.
2 ГОСТ Р ИСО 3164-2013 «Машины землеройные. Лабораторные испытания по оценке устройств защиты. Требования к пространству, ограничивающему деформацию». – М.: Стандартинформ. 2013.
3 ТР ТС 010/2011. О безопасности машин и оборудования. Технический регламент таможенного союза. 2011. 66 С.
4 Майерс, Джон Р.; Хендрикс, Китти Дж. (2010). «Смертность от опрокидывания сельскохозяйственного трактора: оценка тенденций и факторов риска». Американский журнал промышленной медицины .
4 Биддл, Элис Энн; Кин, Пол Р. (2012). «Обучение действиям: новый метод повышения эффективности защиты от опрокидывания трактора (ROPS)». Журнал Агромедицина..
5 Морозов Евгений Михайлович, Муйземнек Александр Юрьевич, Щадский Алексей Сергеевич «ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. Изд. 2-е, испр.» М.: ЛЕНАНД, 2010. — 456 с.
6 Инженерный анализ в ANSYS Workbench: Учеб. пособ. / В.А. Бруяка, В.Г. Фокин, Е.А. Солдусова, Н.А. Глазунова , И.Е. Фдеянов.- Самара: Самара . гос. техн. ун-т, 2010.-271 с.
7 Шелофаст В. В. «Основы проектирования машин». — М.: Изд-во АПМ. — 472 с.
8 ГОСТ 1212. Металлы. Методы испытания н растяжение. – М.: Стандартинформ, 2008. – 22 с.

Весь текст будет доступен после покупки