Модернизация автогрейдера ДЗ-98 с целью повышения его производительности и снижения энергоемкости (дипломный проект)

Дипломный проект на тему Модернизация автогрейдера ДЗ-98 с целью повышения его производительности и снижения энергоемкости

Цель дипломного проекта – модернизировать рабочее оборудование автогрейдера ДЗ-98 с целью повышения производительности и снижения энергоемкости.
Для этого решаются следующие задачи:
1 обзор современных конструкций машин данного назначения;
2 патентный анализ;
3 расчет основных параметров проектируемой машины;
4 экономический расчет необходимости модернизации;
5 разработка мероприятий по охране труда;
6 анализ энергоэффективности (мероприятия по энергосбережению).

Произведенные расчеты и исследования подтвердили перспективность исследование и модернизация механизма изменения угла резания отвала автогрейдера и увеличения количества отвалов на тяговой раме.
Наибольший эффект данное оборудование дает от применения его у в условиях работы, где есть возможность изменения типа грунта.
Большую роль в модернизированном оборудовании играет стабилизация положения ножа отвала в процессе резания. Это значительно облегчает работу оператора и повышает производительность.
Наглядным примером расчета модернизированного узла является САПР APM FEM. Крайне полезно применение современного оборудования для расчета и анализа разрабатываемых машин.
Срок окупаемости дополнительных капиталовложений на модернизацию машины составляет 1,4 года, а эффективность капитальных вложений – 71%.


СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ 8
1.1 Цель и задачи дипломного проекта 8
1.2 Обоснование темы дипломного проекта 8
1.3 Проведение патентного поиска 10
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ 18
2.1 Мощностной расчет 18
2.2 Расчет производительности 20
2.3 Тяговый расчет 25
2.4 Расчёт механизма стабилизации 31
2.5 Определение сил действующих на автогрейдер 32
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 37
3.1 Расчёт отвала 37
3.2 Расчет механизма стабилизации в САПР APM FEM 40
3.2.1 Общие сведения о APM FEM 40
3.2.2 Выбор рассчитываемого узла 41
3.2.3 Расчет механизма стабилизации 43
3.2.4 Задание закреплений и приложение нагрузки 45
3.2.5 Генерация КЭ-сетки 46
3.2.6 Выполнение расчета 48
4 ПОКАЗАТЕЛИ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 59
5 ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 63
5.1 Размещение органов управления машиной 63
5.2 Влияние шума на работу оператора 64
5.3 Вибрация 66
5.4 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны 68
5.5 Светотехнические приборы машины и освещение территории 69
5.6 Пожарная безопасность 69
5.7 Охрана природы 70
5.8 Указания мер безопасности 71
5.9 Расчёт автогрейдера на устойчивость 75
6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННОЙ КОНСТРУКЦИИ 79
6.1 Фонд оплаты труда 79
6.2 Отчисления и налоги, включаемые в себестоимость смены 81
6.3 Материально-энергетические затраты 81
6.4 Амортизация машины 82
6.6 Себестоимость машино-смены 83
6.7 Расчет основных экономических показателей 84
6.8 Расчёт срока окупаемости дополнительных капиталовложений на производство новой машины 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
Список литературы 87





1.2 Обоснование темы дипломного проекта


В настоящее время ни одно строительство не обходится без земляных работ и машин выполняющих эти работы. Рост темпов, объёмов строительства, усложнения конструкции возводимых сооружений, непрерывный рост интенсивности движения автомобильного транспорта, а так же возрастающая необходимость в возведении новых промышленных и транспортных объектов только увеличил интерес и потребность в машинах для земляных работ.
На сегодняшний день их производством занимается немало компаний с мировыми именами. Некоторые из них используют свои собственные оригинальные разработки и создают конструктивные особенности этих машин, но в целом, несмотря на обилие марок, принципы их устройства и сферы применения являются одинаковыми. Именно они придают этим машинам столь оригинальный вид.
Выпуск автогрейдеров в России в настоящее время осуществляют три завода строительно-дорожных машин – Брянский, Орловский и Челябинский, причем серийный выпуск тяжелых грейдеров освоил лишь Челябинский завод. Эти машины наиболее эффективны при выполнении землеройно-планировочных работ на строительстве, при ремонте и содержании дорог. По необходимости применяют их и в других сферах деятельности.



Рисунок 1.1 – Автогрейдер

Так как парк машин для земляных работ очень велик и разнообразен, как по функциям, так и по устройству конструкции машин темой данного проекта станет модернизация системы управления рабочего оборудования автогрейдера ДЗ – 143. Следовательно, необходимо сделать так, чтобы эта машина стала ещё более универсальной, а это может быть достигнуто путём модернизации отдельных узлов и деталей или выпуском совершенно новой техники.
Основным назначением автогрейдера ДЗ-143 является профилирование земля¬ного полотна, строительство грунтовых дорог на нулевых отметках или на насыпях, воздвигаемых из грунта кюветов, планировка грунтовых поверхностей.
Выполнение всех функций грейдера происходит с помощью специального рабочего органа – отвала с ножом, который смонтирован на раме машины. Его можно поднимать, опускать, поворачивать в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Так как автогрейдеры оснащают различным сменным дополнительным оборудованием область применения их очень широка. Автогрейдер является одной из распространённых и востребованных машин, что доказывает актуальность данной диссертации.





3.2 Расчет механизма стабилизации в САПР APM FEM


3.2.1 Общие сведения о APM FEM

Создание современного оборудования на этапе проектирования не ограничивается его геометрическим моделированием. Без всестороннего инженерного анализа проектируемого объекта невозможно выпускать конкурентоспособную продукцию. Разработчики во всем мире трудятся над тем, чтобы их конструктивные решения обеспечивали статическую прочность и жесткость, достаточную долговечность, устойчивость и подходящие динамические характеристики, имея при этом минимальный вес, минимальную стоимость, минимальное энергопотребление.
Оптимизация создаваемых конструкций является залогом их конкурентоспособности. Использование инструментов CAE-анализа позволит современным предприятиям создавать продукцию, не уступающую лучшим мировым образцам и даже их превосходящую.
Данную проблему может помочь решить система прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3D.
Система APM FEM предназначена для выполнения экспресс-расчетов твердотельных объектов в системе КОМПАС-3D, и визуализации результатов этих расчетов.
В состав APM FEM входят инструменты подготовки деталей и сборок к расчёту, задания граничных условий и нагрузок, а также встроенные генераторы конечно-элементной сетки (как с постоянным, так и с переменным шагом) и постпроцессор. Этот функциональный набор позволяет смоделировать твердотельный объект и комплексно проанализировать поведение расчётной модели при различных воздействиях с точки зрения статики, собственных частот, устойчивости и теплового нагружения.
Процедуры расчета построены на базе метода конечных элементов. Поэтому в расчетных моделях могут быть учтены практически все особенности конструкций и условий их эксплуатации.

3.2.2 Выбор рассчитываемого узла

В качестве рассчитываемого объекта берется механизм стабилизации рабочего оборудования, а конкретнее сборка, состоящая из трёх деталей: тяга, палец, двуплечий рычаг.
3d визуализация данного механизма представлена на рис.3.1.


Рисунок 3.2 – Механизм стабилизации

Прочностной анализ модуля APM FEM позволяет решать линейные задачи:
-напряженно-деформированного состояния (статический расчет);
-статической прочности сборок;
-устойчивости;
-термоупругости;
-стационарной теплопроводности.

Динамический анализ позволяет:
-определять частоты и формы собственных колебаний, в том числе для моделей с предварительным нагружением.

Результатами расчетов являются:
-распределение эквивалентных напряжений и их составляющих, а также главных напряжений;
-распределение линейных, угловых и суммарных перемещений;
-распределение деформаций по элементам модели;
-карты и эпюры распределения внутренних усилий;
-значение коэффициента запаса устойчивости и формы потери устойчивости;
-распределение коэффициентов запаса и числа циклов по критерию усталостной прочности;
-распределение коэффициентов запаса по критериям текучести и прочности;
-распределение температурных полей и термонапряжений;
-координаты центра тяжести, вес, объем, длина, площадь поверхности, моменты инерции модели, а также моменты инерции, статические моменты и площади поперечных сечений;
-реакции в опорах конструкции, а также суммарные реакции, приведенные к центру тяжести модели.

Порядок подготовки модели и выполнения расчета:

1. Описание рассчитываемых элементов;
2. Подготовка модели к расчету – задание закреплений и приложение нагрузки;
3. Задание совпадающих граней (для КЭ-анализа сборки);
4. Генерация КЭ-сетки;
5. Выполнение расчета;
6. Просмотр результатов в виде карт напряжений, перемещений.


3.2.3 Расчет механизма стабилизации

Описание рассчитываемых элементов
Рассмотрим детали из которых состоит наш механизм более подробно:
1.Тяга.(она наиболее подвержена растягивающим или сжимающим нагрузкам)