М ИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Кафедра «Строительные и дорожные машины»

В.П. Баранчик

Определение силы резания грунта бульдозером

Методическое пособие к практическим занятиям

по курсу МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Ижевск 2013

УДК 621.3

Определение силы резания грунта бульдозером: Методич.пособие к практическим занятиям /В.П. Баранчик; Ижевский государственный технический университет: Ижевск, 2003.- 13 с.

Методическое пособие по курсу "Машины для земляных работ" предназначено для использования студентами специальностей 291300 "Механизация и автоматизация строительства», 2903 «Промышленное и гражданское строительство» и 2905 «Городское строительство и хозяйство» на практических занятиях, при выполнении курсового или дипломного проектов.

Табл. 5, ил. 3

Ижевский государственный технический университет

Определение силы резания грунта бульдозером

Задание:

Рассчитать максимальную силу резания P грунта ножом бульдозера при отделении стружки заданной толщины.

Порядок выполнения:

1. Изучить и усвоить сведения о способах расчета силы резания грунта.

2. Вычертить расчетные схемы (рис. 1,2).

3. Написать общую расчетную формулу с объяснением составляющих ее величин.

4. Определить числовые значения величин, входящих в расчетную формулу.

5. Вычислить среднемаксимальную силу резания Р.

Если полученное усилие резания Р больше тягового усилия бульдозера T₁ на 1-й передаче (P>T₁), определить возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (T₁=P).

Методика выполнения:

1. При изучении сведений о способах расчета сил резания обращаем внимание на пространственный характер взаимодействия ножа с грунтом и на большое влияние затупления и износа ножей на сопротивление грунта резанию. Необходимо твердо усвоить смысл и обозначения величин, входящих в расчетные формулы.

2. Для расчета необходимо вычертить схемы положения отвала с обозначением размеров среза (рис.1); приложения среднемаксимальных сил резания (рис. 2). На схемах указать размеры и величины по заданию (табл.1).

3. Выбирая формулу для расчета, следует иметь в виду, что режущая часть отвала бульдозера — простой нож, отделяющий стружку.

Поэтому расчет можно вести по формуле:

или

Однако в связи с тем, что по заданию известен только один параметр крепости грунта m_св, для расчета следует использовать формулу ориентировочного определения силы резания, которая для простого ножа с затупленной режущей кромкой приобретает вид:

или

где — площадь центральной части среза;

— площадь боковых расширений среза;

— длина среза боковыми ребрами ножа;

— длина затупленной режущей кромки (т.е. длина отвала).

4. Коэффициент влияния угла резания  принимаем по табл.4 в соответствии с величиной угла резания  (табл.2).

Числовые значения коэффициентов _бок и _бок.ср принимаем:

• для грунтов 1-й и 2-й категории – 0,36 и 13,7;

• для грунтов 3-й и 4-й категории – 0,52 и 76,0 соответственно.

Значение коэффициента _зат определяем по табл.5 в соответствии с радиусом затупления ножа R по заданию.

В случае отсутствия в табл.5 нужной толщины среза h, величину _зат/R определяем, применив линейную интерполяцию.

5. В качестве примера вычислим среднемаксимальную силу резания P ножом бульдозера ДЗ-27С при отделении стружки толщиной h=12 см на глине (грунт 3-й категории), крепость которой составляет m_св =11 Н/см².

Режущая кромка ножа затуплена с радиусом R=2 мм.

Согласно технической характеристике бульдозера ДЗ-27С (табл.2) ширина среза (длина отвала) L=3200 мм, а угол резания принимаем  = 55⁰.

Значение коэффициента влияния угла резания  при угле резания =55⁰ равно 1,7 (табл.4).

Для грунта 3-й категории (глина) коэффициент _бок принимаем равным 0,52; а коэффициент _бок.ср = 76,0

Значение коэффициента _зат (влияние затупления режущей кромки) определяем по табл.5. Для R = 2 мм и h = 12 см величина отношения _зат/R не определена, поэтому используем линейную интерполяцию.

Из таблицы 5 известны величины _зат/R для «соседних» (по сравнению с заданной) h = 10 см и h = 15 см — 0,072 и 0,061 соответственно (см. график на рис.1)

При достаточно точных построениях можно определить _зат/R графически, но более точный результат дает аналитический способ.

При изменении толщины среза h на 1 см соответствующее изменение отношения _зат/R будет равно:

Теперь для того, чтобы определить _зат/R для h =12 см, запишем:

• (интерполяция слева, т.е. от значения _зат/R, соответствующего толщине среза 10 см), или

• (интерполяция справа). Результат, как и следовало ожидать, одинаков, т.е. _зат/R =0,0676.

Теперь определяем коэффициент _зат= =0,0676R=0,06762=0,1352

Коэффициент k_бок по табл.3 принимаем равным 0,85, а угол  =36⁰.

Подсчитаем значения составляющих для расчетной формулы:

F_св = 12320 = 3840 см²

F_бок = 0,85²12² ctg 36⁰ = 143,20 см²

L_бок.ср = 212(1-0,85) = 3,6 см

L_зат = 320 см.

Подставив значения всех параметров в расчетную формулу, получим (с округлением до целых):

P = 11(1,73840 + 0,52143,2 + 763,6 + 0,135232012) = 81350 Н

При этом составляющие будут равны:

P_св = 111,73840 = 71810 Н;

P_бок = 110,52143,2 = 820 Н;

P_бок.ср = 11763,6 = 3010 Н;

P_зат = 110,135232012 = 5710 Н.

Из расчета следует, что при заданных размерах среза, соответствующих бульдозеру ДЗ-27С, основная часть сопротивления приходится на лобовое сопротивление P_св и сопротивление от затупления ножа P_зат, а резание грунта может быть выполнено только на 1-й передаче базового трактора.

6. Возможен вариант, когда в результате расчета усилие резания Р получается больше тягового усилия бульдозера T₁ на 1-й передаче. Обычно это происходит, когда толщина среза завышена для применяемого бульдозера, или разрабатывается слишком тяжелый грунт. Нормальная работа бульдозера с заданной толщиной среза h в этом случае невозможна, и приходится решать обратную задачу, т.е. определять возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (P = T₁).

Расчетное усилие резания грунта P = 81350 Н не превышает тяговое усилие бульдозера на 1-й передаче (T₁ = 100000 Н).

Для определения возможной толщины среза h подставляем в расчетную формулу все значения всех величин, кроме h.

T₁ = 11(1,7320h + 0,520,85²h² ctg 36⁰ + 762h(1 - 0,85) + +0,1352320h)

T₁ = 0,517h²+ 6050h, после подстановки T₁ получим

0,517h²+ 6050h - 100000 = 0

Полученное квадратное уравнение решаем относительно неизвестной h:

h₁ = 11718,8 см, а h₂ = 16,5 см. Анализ показывает, что смысл имеет только второй корень, т.е. возможная толщина среза h при заданных условиях может составить примерно 16,5 см.

Отчетность по работе:

Законченная работа с приложением необходимых схем сдается преподавателю.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1