Повышение эксплуатационных свойств трактора Беларус-3022ДВ при выполнении транспортных операций за счет модернизации тормозной системы (дипломный проект)

СОДЕРЖАНИЕ
Введение........................................6
1 Область применения и обоснование повышения эксплуатационных свойств трактора Беларус-3022ДВ за счет модернизации тормозной системы.....................8
1.1 Область применения колёсных тракторов тягового класса 2...5..............8
1.2 Эксплуатационные свойства колесных тракторов
и пути их повышения.........................................11
1.3 Виды тормозных систем и классификация тормозных механизмов..........14
1.4 Выводы и задачи дипломного проекта..................20
2 Определение оценочных показателей тормозных свойств колесного трактора Беларус-3022ДВ......22
2.1 Исходные данные и нормативные показатели......22
2.2 Нормативный тормозной путь и тормозная сила...............25
2.3 Передаточное отношение тормозного привода..................27
2.4 Усилия, моменты и работа тормозного привода
и тормозных механизмов.............................29
2.5 Основные показатели тормозной системы трактора Беларус-3022ДВ.......33
3 Проектирование и расчет модернизируемой тормозной системы
трактора Беларус-3022 ДВ.........................................37
3.1 Патентный поиск.................................37
3.2 Общая схема и принцип работы модернизируемой тормозной системы трактора Беларус-3022ДВ........................36
3.3 Проектирование и расчет основных элементов конструкции...................46
3.3.1 Расчёт толкателя главного гидроцилиндра тормозной системы.............46
3.3.2 Расчёт пружины главного цилиндра тормозной системы......................53
3.3.3 Расчёт болтового соединения крепления кронштейна рабочего цилиндра тормозной системы............................................................................54
4 Технологическая карта на обслуживание трактора Беларус-3022ДВ............57
4.1 Техническое обслуживание.........57
4.2 Ежесменное техническое обслуживание........59
4.3 Первое техническое обслуживание..................60
4.4 Второе техническое обслуживание......................61
4.5 Третье техническое обслуживание.....................63
4.6 Сезонное обслуживание.................65
5 Безопасность жизнедеятельности при эксплуатации тракторно-транспортного агрегата в составе трактор Беларус-3022ДВ+полуприцеп ПСТ-12................67
5.1 Организация работ по охране труда на предприятии ............................67
5.2 Характеристика опасных и вредных факторов, сопутствующих проектируемому процессу, естественные опасные факторы
и меры по их устранению..................................69
5.3 Обеспечение лиц, работающих на тракторно-транспортном агрегате средствами индивидуальной защиты....................................................70
5.4 Возможные опасные ситуации при эксплуатации и обслуживании тракторно-транспортного агрегата. Технические и организационные мероприятия по их устранению............................................................71
5.4.1 Расчет ширины динамического коридора..........75
5.4.2 Расчет скорости опрокидывания на повороте и продольной устойчивости при работе проектируемого агрегата...........76
5.5 Организация пожарной безопасности при эксплуатации
тракторно-тракторного агрегата...........79
6 Экономическое обоснование проекта....................81
6.1 Общие положения методики расчета экономической эффективности........81
6.2 Определение эксплуатационных издержек на модернизацию тормозной системы трактора Беларус-3022ДВ ........................................................83
6.3 Расчет экономического эффекта за срок эксплуатации, коэффициента эффективности капитальных вложений и срока окупаемости капитальных вложений ........91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................94
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ............95
ПРИЛОЖЕНИЕ.....................................96





3 Проектирование и расчет модернизируемой тормозной системы
трактора Беларус-3022 ДВ 

Целью дипломного проекта является повышение эксплуатационных свойств трактора Беларус-3022 ДВ за счет модернизации тормозной систе-мы, что позволяет работать под нагрузкой на более высоких скоростях при соблюдении требований безопасности.

3.1 Патентный поиск

Основными направлениями повышения надежности и эффективности использования тормозных систем и устройств является конструктивное усовершенствование механической части и привода существующих тормозов и создание новых конструктивных разновидностей, разработка и применение новых материалов с повышенными фрикционными свойствами.
В связи с этим с целью повышения эксплуатационных свойств трактора Беларусь 3022ДВ в данном дипломном проекте модернизируется его тормозная система. Ведь при использовании трактора на транспортных работах сильно увеличивается частота торможений. Особенно при работе на холмистой местности, а также на затяжных спусках дорог. Таким образом в дипломном проекте разрабатывается и устанавливается на трактор 5-го тягового класса на примере трактора Беларусь 3022ДВ гидрообъемный привод тормозов, что позволяет увеличить их энергоемкость и надежность по сравнению со штатными тормозами.
Модернизация тормозной системы как способ повышения эффективности использования трактора 5-го тягового класса на транспортных работах имеет ряд плюсов:
−  нет необходимости в специальной подготовке трактора,
– простота в использовании не требующая больших навыков от тракториста;
– повышение безопасности и надежности трактора,
– самое главное то, что тормозная система может сосчитаться с любыми другими способами повышения эффективности использования на транспортных работах.
Для выбора наиболее рациональной конструкции устройства проведен патентный поиск и информационный анализ существующих технических решений.
В таблице 3.1. представлена информация о патентном поиске.
Таблица 3.1. – информация по патентной документации
Предмет
поиска Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационные индексы Сущность заявленного технического решения и цели его создания
1. Узел глав-ных тормоз-ных цилинд-ров транс-портного средства СССР
авторское св-во.
No 934903
B60Т11/22 Узел главных цилиндров включает два главных цилиндра, которые являются идентичными по конструкции, и каждый содержит корпус, снабженный продольным расчетным отверстием, в котором установлен поршень, имеющий расположенные на определенном рас-стоянии друг от друга. Поршень соединяется на своем заднем конце с частично сферической головкой на приводимом в действие педалью толкателе. Ограничитель для головки 6 образуется кольцевой узкой втулкой, удерживаемой в определенном положении зажимным кольцом или пружинным кольцевым замком, располагаемым в кольцевой канавке в отверстии. Осевое отвер-стие в поршне находится в связи через радиальные отверстия с кольцевой выемкой в окружной поверхности поршня, проходящей между уплотнениями. Длина выемки в каждом главном цилиндре является такой, что во всех аксиальных положениях поршня она находится в связи через отверстие и радиальное отверстие перепускного канала в стенке корпуса с соответствующей выемкой в другом главном цилиндре.
Продолжение таблицы 3.1.
Предмет
поиска Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационные индексы Сущность заявленного технического решения и цели его создания
2. Узел глав-ного цилинд-ра тормозной системы СССР
авторское св-во.
No 431660
B60Т11/22 В предлагаемом узле главного цилиндра клапан, закрывающий резервуар, выполнен в виде расположенного соосно с поршнем и частично размещенного в нем стержня с головкой. Конец стержня взаимодействует с седлом, предусмотренным в отверстии, сооб-щающем камеру сжатия с резервуаром, причем головка обращена к поршню и размещена в .колпачке, подпружиненном к поршню возвратной пружиной. В колпачке выполнено направляющее отверстие для стержня. Кроме того, узел может быть снабжен дополни-тельным колпачком, поджатым воз-вратной пружиной к внутреннему торцу камеры сжатия.
В корпусе выполнено сквозное отвер-стие с расточкой. закрытое на одном конце пробкой, а с другого конца в нем установлен ступенчатый поршень, состоящий из части меньшего диаметра, помещений в отверстие и части большего диаметра. выполненной в форме стакана. В расточке находится камера сжатий, соединенная с резервуаром для жидкости осевым отверстием. Камера сжатия сообщается также каналом со вспомогательным ци-линдром, воздействующем па тормоз-ную систему.

Продолжение таблицы 3.1.
Предмет
поиска Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационные индексы Сущность заявленного технического решения и цели его создания
3. Сдвоенный главный ци-линдр для гидравличе-ской тормоз-ной системы транспортно-го средства СССР
авторское св-во.
No 610481
B60Т11/16 Недостатком известных цилиндров является то, что в пружине, расположенной между поршнями, возникают большие усилия, которые снижают надежность работы устройства
В данном цилиндре между пружиной и поршнем большего диаметра установлен стакан с торцовым отверстием, образующим буртик дня взаимодействия с выступом головки поршня меньшего диаметра, а ограничитель перемещения поршня меньшего диаметра выполнен в виде винта, расположенного радиально в ступенчатом отверстии и входящего в выполненный на поршне меньшего диаметра продольный паз.
4. Блок глав-ных цилинд-ров гидравли-ческой тор-мозной сис-тем транс-портного средства СССР
авторское св-во.
No1178319
B60Т11/20 Блок главных цилиндров гидравличе-ской тормозной системы транспортного средства, содержащий два отдельных главных цилиндра, полости сжатия которых сообщены перепускным каналом, в котором у каждого главного цилиндра установлено по перепускному клапану с седлом, выполненным в корпусе соответствующего главного цилиндра, и запорным элементом, от-личающийся тем, что, с целью повы-шения его надежности, запорный элемент каждого перепускного клапана посредством промежуточного элемента кинематически связан с профи-лированной поверхностью поршня главного цилиндра, обеспечивающий закрытое, дросселированное и открытое состояния перепускного клапана при различных положениях поршня.

Продолжение таблицы 3.1.
Предмет
поиска Страна выдачи, вид и номер охранного документа, класси-фикационные ин-дексы Сущность заявленного технического решения и цели его создания
5. Главный тормозной цилиндр с канавками для прохода тормозной жидкости Патент РФ
No 2272725
B60T11/16
B60T11/236 Изобретение относится к области ма-шиностроения, а именно к тормозным цилиндрам транспортных средств. Главный тормозной цилиндр тормозной системы автомобиля имеет вытянутый в осевом направлении корпус, в котором имеется центральное продольное отверстие.
6. Рабочий орган гидрав-лических тормозных систем Патент РФ
No 2263593
B60T11/16 Изобретение относится к технике, вклю-чающей гидравлические устройства, в ча-стности к гидравлическим цилиндрам тор-мозных систем транспортных средств.
Известен силовой гидроцилиндр, содержа-щий корпус цилиндра, в котором установ-лена тонкостенная втулка, а зазоры между втулкой и цилиндром заполнены затверде-вающим композитным наполнителем.
7. Главный тормозной цилиндр Патент РФ
No 2251503
B60T11/16, B60T11/28 Изобретение относится к области транс-портного машиностроения, а именно к главным тормозным цилиндрам гидравли-ческих тормозных систем. Главный тор-мозной цилиндр содержит корпус, во внутреннем канале которого расположен, по меньшей мере, один поршень. Поршень образует со стенками канала сзади своего пояска камеру подачи жидкости и перед последним, со стороны своей носовой части, камеру ее сжатия. Периферийный клапан поршня содержит уплотнитель, подпружи-ненный относительно носовой части поршня к разделительному кольцу, внутри которого расположен поясок поршня.
Продолжение таблицы 3.1.
Предмет
поиска Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационные индексы Сущность заявленного технического решения и цели его создания
8. Главный гидравли-ческий ци-линдр Патент РФ
No 3158337
B60T11/16, F15B15/00 Главный гидравлический цилиндр предназначен для применения в гид-равлической тормозной системе транспортного средства, содержит корпус цилиндра, поршень, клапан, стопор, первый и второй упоры. Пор-шень скользит в корпусе цилиндра с возможностью совершения рабочего хода и сжимает текучую среду в каме-ре давления. Клапан перемещается поршнем. Гнездо клапана и клапанный элемент выполнены подвижными относительно Друг друга с возможностью открытия и закрытия клапана и взаимодействия друг с другом. Стопор закреплен в корпусе цилиндра.
9. Главный тормозной цилиндр  Патент РФ
No 1136988
B60T11/16 Главный тормозной цилиндр, содержащий корпус со сквозным отверстием, с одной стороны которого установлена крышка, а с другой - два последовательно расположенных поршня, внутренний из которых подпружинен и выполнен с осевым отверстием и оборудован окружающим указанное отверстие уплотнительным элементом, имеющим возможность контакта с внутренней торцовой поверхностью наружного поршня, с которым жестко связан ограничитель перемещения внутреннего поршня от наружного, проходящий в осевое отверстие внут-реннего поршня , отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения быстродействия срабатывания, он снабжен дополнительными подпружиненными поршнями, расположенными в выполненных в крышке отдельных отверстиях.


Выводы по результатам анализа патентной документации:

1. Справка по патентному поиску содержит основные конструкции устройств тормозных систем.
2. На основании проведенного патентного поиска, следует, что все нововведения в основном направлены на повышение эффективности главных цилиндров, либо на повышение их ресурса и уменьшение размеров рабочих органов тормозов на рабочих режимах.
3. Патентный поиск проведен как и по наиболее ранним разработкам на глубину более пятнадцати лет, так и по наиболее поздним разработкам, представленных за пятнадцать последних лет. Таким образом, этот патентный поиск можно считать исчерпывающим.
4. В данном дипломном проекте за прототип разрабатываемой конструкции было принято изобретение (Патент РФ No 3158337, МПК B60T11/16, F15B15/00) [17]. Этот выбор основан на практической значимости данной конструкции и наиболее рациональном исполнении.
Более подробно работа проектируемого устройства описана в следующем разделе.


3.2 Общая схема и принцип работы модернизируемой
тормозной системы трактора Беларус-3022ДВ


Привод тормозов предназначен для управления тормозами, как на прямом ходу трактора, так и на реверсе. Тип привода тормозов гидростатический с подвесными педалями. Привод (рис. 3.1) состоит из главных цилиндров 4 (для прямого хода) и 14 (в режиме реверса), подвесных педалей 9 (для прямого хода) и 15 (в режиме реверса), рабочих цилиндров 16 (для прямого хода) и 21 (в режиме реверса), бачков 5. В системе привода тормозов в качестве рабочей жидкости применяется тормозная жидкость «Нева М» ТУ 2451-053-36732629-2003.


Рисунок 3.1. – Схема управления тормозами
1 - контргайка; 2 – толкатель; 3 – трубопровод; 4 – главный цилиндр; 5 – бачок; 6 – пружина; 7 – болт; 8 – гайка; 9 – педаль; 10 – толкатель; 11 – палец; 12 – вилка; 13 – поршень; 14 – главный цилиндр; 15 - педаль реверса; 16 – рабочий цилиндр; 17 – перепускной клапан; 18 – контргайка; 19 – регулировочная гайка; 20 – тяга; 21 – рабочий цилиндр реверса; 22 - перепускной клапан; 23 – палец; 24 – вилка; 25 – контргайка; 26 – тяга; 27 – сектор; 28 – фиксатор; 29 – рычаг; 30 – кнопка; 31 – рукав гибкий; 32 - рычаг.

Механизмы привода тормозов являются общими как для привода гидроцилиндрами от педалей (на прямом ходу и реверсе), так и для механического ручного привода от рычага управления 29 через систему тяг и рычагов на оба колеса. При управлении педалями 9 на прямом ходу обеспечивается раздельное (по бортам) управление тормозами и управление на оба тормоза при блокировании педалей. При управлении педалью реверса 15 и при ручном управлении торможение осуществляется двумя задними колёсами одновременно от рабочего цилиндра реверса 21 и рычага 32 (для реверса) и от рычага управления 29, через тягу 26 (для ручного управления).
Главный тормозной цилиндр (рис. 3.2) предназначен для создания необходимого давления рабочей жидкости в тормозной системе трактора.
При воздействии на педаль тормоза толкатель 1 главного тормозного цилиндра, связанный с рычагом педали, перемещается вперед. При этом закрывается запорный клапан 4, через который в корпус 2 поступает тормозная жидкость из бачка. Поршень 3 перемещается вперед, толкая уравнительный клапан 5 при этом часть жидкости под давлением поступает в уравнительную камеру 7, что обеспечивает выравнивание давления жидкости в магистралях рабочих цилиндров правого и левого тормозов при воздействии на сблокированные педали. Рабочая жидкость при этом подается под давлением через выходное отверстие 6 по трубопроводу в рабочий цилиндр тормоза. Поршень рабочего цилиндра давлением жидкости перемешается и через шток поворачивает рычаг, который через сферическую шайбу, зафиксированную на тяге, поднимает ее, затягивая нажимными дисками тормоз. При снятии усилия с педали поршень рабочего цилиндра возвращается в исходное положение.

Рисунок 3.2. – Главный тормозной цилиндр
Механизмы привода левого и правого тормозов имеют одинаковую конструкцию. Отличаются они лишь длиной валиков механизма привода ориентацией их расположения и наружными рычагами.
Раздельное торможение (левого и правого колеса) применяется при выполнении ряда работ, требующих повышенной маневренности трактора или тракторного агрегата с минимальными радиусами поворота за счет подтормаживания внутреннего колеса.
3.3 Проектирование и расчет основных элементов конструкции

3.3.1 Расчёт толкателя главного гидроцилиндра тормозной системы

Расчет толкателя главного цилиндра (рис. 3.3 – расчетная схема) тормозной системы трактора Беларус – 3022 ДВ выполним с помощью пакета программы APM WinMachine, представляющей собой систему для расчета и проектирования валов и осей AРМ Shaft:



Рисунок 3.3. – Расчётная схема (толкатель главного цилиндра)
Таблица 3.2. – Исходные данные
Нагрузки
Моменты изгиба
N Расстояние от левого конца вала, мм Модуль, Нxм Угол, град
0   30.00   50.00   0.00
Осевые силы
N Расстояние от левого конца вала, мм Значение, Н
0   0.00   500.00
Реакции в опорах
N Рас-стояние от лево-го кон-ца вала, мм Реакция верт., Н Реакция гориз., Н Реакция осевая, Н Модуль, Н Угол, град
0   58.00   -2777.78   0.00   0.00   2777.78   -90.00
1   76.00   2777.78   0.00   -500.00   2777.78   90.00

Таблица 3.3 – Собственные частоты
Поперечные колебания
N Частота, рад/с
0  11460.868
1  74569.243
2  211792.318
3  402088.057
4  530244.322
Крутильные колебания
N Частота, рад/с
0  111170.955
1  237722.977
2  376051.525
3  517102.438


Рисунок 3.5. – Момент изгиба толкателя в вертикальной плоскости




Рисунок 3.6. – Угол изгиба толкателя в вертикальной плоскости




Рисунок 3.7. – Перемещения в вертикальной плоскости




Рисунок 3.8. – Эквивалентное напряжение
По полученным данным в результате расчета толкателя главного ци-линдра тормозной системы трактора Беларус -3022 ДВ (табл. 3.2 и рис. 3.5), было определено, что максимальный момент изгиба в наиболее опасном сечении равен 50 Н∙м [2, 7].

Рисунок 3.9. – Коэффициент запаса по усталостной прочности
3.3.2 Расчёт пружины главного цилиндра тормозной системы

С целью уточнения основных параметров пружины сжатия тормозной системы трактора Беларус – 3022ДВ (исходя из ее наиболее рациональных геометрических размеров и передаваемого усилия) данный расчет лучше выполнить с помощью автоматизированного пакета программы Компас 3D – Компас-SPRING:
Исходные данные:
Расчет проектировочный. Пружина сжатия
Основные параметры:
Материал: Сталь 51ХФА-Ш-5,5
Сила при рабочей деформации 183,62 [Н]
Сила при предварительной деформации 0,00 [Н]
Рабочий ход пружины 6,50 [мм]
Класс пружины 2. [-]
Разряд пружины 2. [-]
Дополнительные параметры [13]:
Наружный диаметр пружины 35,00 [мм]
Число рабочих витков 6 [-]
Число опорных витков 1. [-]
Результаты:
Диаметр проволоки 5,50 [мм]
Длина пружины в свободном состоянии 42.00 [мм]
Длина пружины при максимальной деформации 35,50 [мм]
Максимальное касательное напряжение 118,52 [МПа]
Длина развернутой пружины 696,00 [мм]
Модуль сдвига материала 785,00 [МПа]
Жёсткость пружины 58.29 [Н/мм]
Масса пружины 0,132 [кг]



Рисунок 3.10. – Эскиз пружины сжатия главного цилиндра


3.3.3 Расчёт болтового соединения крепления кронштейна
рабочего цилиндра тормозной системы

Расчёт болтового соединения крепления кронштейна рабочего цилиндра тормозной системы трактора Беларус – 3022 ДВ проведен с помощью пакета программы APM WinMachine – APM WinJoint.
Выбираем тип болтового соединения с зазором, тип расчёта проектировочный [1].
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4. – Исходные данные для расчёта болтового соединения
Касательные силы
N Координаты [мм] Проекции [Н]
 x y z на x на y
0 205.00 42.00 0.00 750.00 0.00
1 133.00 7.00 0.00 -0.00 -450.00
Постоянные параметры
Предел текучести материала деталей крепления 250.000 МПа
Количество поверхностей среза/трения 1 

Таблица 3.5. – Результаты расчета
Центр масс поверхности стыка: X= 145,48; Y= 31,60 мм
Площадь поверхности стыка 9734.257 кв.мм
Момент инерции стыка относительно центральных осей:  
относительно горизонтальной оси  4355048.047  м^4
относительно вертикальной оси  22423903.265  м^4
Угол наклона главных центральных осей 12.095  рад
Макс. сдвигающая нагрузка на болт 3076.347  Н
Диаметр стержня болта 9.800  мм
Момент трения на торце гайки 2.414  Н*м

Касательные силы:
N Координаты [мм] Проекции [Н]
 x y z на x на y
0 2.00 -113.00 0.00 -5000.00 0.00
1 111.00 31.00 0.00 0.00 5000.00


Рисунок 3.11. - Эпюра напряжений действующих на болтовое соединение

Из конструктивных соображений принимаем диаметр болта 10 мм [1].