2.2 Определение размеров отвала бульдозера

Длина отвала выбирается из расчета перекрытия поперечного габарита машины (базового трактора). Габариты трактора приве­дены в табл.1. При внешнем, по отношению к движителю, расположении толкающей рамы отвал должен перекрывать ее ширину не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

Основные параметры отвала (рис.1): δ - угол резания; β _о - угол опрокидывания; β - задний угол резания; γ - угол наклона; R - радиус кривизны, мм; Н - высота отвала, мм.

Угол резания δ выбирают в зависимости от грунтовых условий. При этом следует учитывать, что увеличение угла реза­ния по сравнению с оптимальным (55°) снижает самозаглубляющее действие отвальной поверхности, облегчает внедрение в прочный грунт, но уменьшает рабочую скорость, повышает энергоемкость процесса резания грунта. Уменьшение угла резания ведет к повы­шению самозаглубляющего действия, ухудшению внедрения в прочный грунт, но способствует снижению энергоемкости грунта. При рабо­те на кусковых и сыпучих материалах рекомендуется уменьшать углы резания, а на легких связных грунтах - увеличивать.

Угол опрокидывания β _о принимается от 30^о до 60°.

Козырек предохраняет грунт от пересыпания через отвал. Его высота

Н _к может быть принята равной (0,1…0,2) Н.

Задний угол резания β принимается равным от 5° до 7°. Угол наклона γ принимается равным от 70° до 60 °.

Радиус кривизны отвала R принимается равным высоте от­вала Н. По данным института ВНИИстройдормаш высота отвала для бульдозеров с неповоротным отвалом рекомендуется

Н = 500 – 50Т_н ,

Н = 500 – 50*0,49=1106,79-24,5 = 1082,29 мм ,

где Т_н берут в килоньютонах. Определяется по тяговой характеристике базового трактора с учетом коэффициента буксования (φ_б = 0,1...0,2).

Параметры отвала сводятся в табл. 2.

Таблица 2. Основные параметры отвала

Параметры	Принятые и расчетные данные
Высота отвала, мм	1082,3
Угол резания, град.	5
Угол наклона отвала, град.	70
Задний угол, град.	6
Высота козырька, мм	0,2

Рис. 1 Поперечный профиль отвала бульдозера

2.3 Тяговый расчет бульдозе­ра

В задачу тягового расчета входит определение суммарного сопротивления движению бульдозера в процессе копания в заданных грунтовых условиях и режимах работы.

Схема взаимодействия рабочего органа и движителя бульдозе­ра с разрабатываемой средой показана на рис. 2. Уравнение движения агрегата в общем случае имеет вид

d ² s _n

m ——— = ∑ Р _i = Р _∑ ,

d t ^{2 i = 1}

где m - масса агрегата, кг; s - путь, проходимый буль­дозером в рассматриваемый период времени, м; t - рассматри­ваемый отрезок времени, с; Р _i - i – й вид сопротивления, дей­ствующего на тот или иной элемент конструкции бульдозера, Н .

Рис. 2 Схема сил, действующих на бульдозер в

процессе копания грунта

Согласно схеме (рис. 2) суммарное сопротивление будет

Р_∑ = Р _р + Р _{т р ƒ} + Р _{п р} +Р _б + Р _{п δ} ,

Р_∑ =

где Р _р - сопротивление грунта резанию ножевой системой отвала, Н;

Р _{т р ƒ} - сопротивление силы трения кромки ножа о грунт, Н; Р _{п р} - сопротивление силы трения призмы волочения о поверх­ность забоя, Н; Р _δ - проекция сопротивления трения грунта о лобовую поверхность отвала на направление его движения, Н; Р _{п δ} - сопротивление передвижению движителя базового трактора, Н.

Сопротивление грунта резанию ножевой системой отвала опре­деляется по формуле проф. Н.Г. Домбровского:

Р _р = К _ƒ F ,

Р _р = 120*53,2=638,4 Н

где К_ƒ - коэффициент удельного сопротивления грунта реза­нию, Н/см². (принимается по справочнику [10]); F - площадь поперечного сечения вырезаемой стружки, см ².

Сопротивление силы трения кромки ножа о грунт

Р _{тр ƒ} = μ Р _Z ,

Р _{тр ƒ} = 0,4*6,384=2,5536кН

где μ - коэффициент трения стали о грунт (для песчаных и супесчаных грунтов μ = 0,4…0,5; для суглинков и глин μ = 0,3…0, 4); Р _Z - нормальная составляющая сопротивления грунта резанию ножевой системой отвала, Р _Z = (0,1…0,2) Р_ρ .

Сопротивление силы трения призмы волочения о поверхность забоя определяется следующей зависимостью:

Р_{п р} = μ _ƒ g _г соѕ α ,

Р_{п р} = 0,7*63,45 * cos70 = 2.665 кН

где μ _ƒ - коэффициент трения грунта о грунт (для песка, гравия, растительного слоя μ _ƒ = 0,7 – 0,75; для сухой глины, мергеля μ _ƒ = 0,7 – 0,75);

g _г - сила тяжести призмы волочения грунта, Н; α – угол наклона забоя к горизонту, град.

Сила тяжести грунта (вес) призмы волочения может быть рассчитана по формуле g _г = q _{п р} γ _г g ,

g _г

где γ _г – объемная масса грунта, кг/ м³; g – ускорение свободного падения

м / с² ; q _пр - объем призмы волочения, м ³.

Объем призмы волочения приближенно может быть определен по формуле q _{п р} = В Н ² / 2 К ,

где К – коэффициент, зависящий от соотношения Н / В. Его значение принимается по табл. 3.

Таблица 3

Н/В	К
	для несвязных грунтов	для связных грунтов
0,15	1,10	0,70
0,30	1,15	0,80
0,35	1,20	0,85
0,40	1,30	0,90
0,45	1,50	0,95

Проекция сопротивления трения грунта о лобовую поверхность отвала на направление его движения определяется в соответствии с расчетной схемой (рис.3).

Рис. 3 Схема к определению проекции сопротивления

трения грунта о лобовую поверхность отвала

Физическая сущность этого сопротивления состоит в ротации грунта перед отвалом, возникающей в результате подъема вырезае­мого слоя грунта по лобовой поверхности, а также действия силы трения призмы волочения о поверхность забоя. В результате дей­ствия указанных факторов на лобовой поверхности отвала появля­ются силы трения, равнодействующая которых Р_{тр 2} с достаточ­ной степенью точности определяется выражением

Р_{тр 2} = μ (N ₁ + N ₂) ,

где N ₁ - нормальная к плоскости передней грани ножа составляющая силы тяжести призмы волочения; N ₁ = g _г С 0ѕ (δ - α ), Н; N ₂ - нормальная к той же плоскости составляющая сопротивления силы трения призмы волочения о поверхность забоя; Н; N ₂ = Р _{п р} ѕin δ, Н.

С учетом отмеченного и развернутого значения Р _{п р}

Р _b = Р _{т р2} С 0ѕ δ = g _г С 0ѕ δ [С 0ѕ (δ - α ) + μ ₁ С 0ѕ α ѕin δ].

Сопротивление передвижению движителя базового трактора определяется по формуле

Р_{n б} = (G _т + g _б ) ( ƒ С 0ѕ α + ѕin δ ) ,

где ƒ - коэффициент сопротивления передвижению бульдозера (принимают для гусеничного движителя ƒ = 0,1…0,12; для колесного - ƒ = 0,06…0,08); g _б – вес бульдозерного оборудования, Н.

Для нормальной работы бульдозера в режиме копания грунта необходимо соблюдение условия

Т_б ≥ Р _∑ ,

где Т_б - тяговое усилие бульдозера, Н.

Т_б = (G _т + g _б ) К _д φ _сц ,

где К _д - коэффициент динамичности, принимаемый для нормальных условий работы равным 1,5; φ _сц - коэффициент сцепления движителя с грунтом, значение которого принимается по данным подразд. 2.1.

После проведения расчета тягового баланса осуществляют расчет баланса мощности агрегата.

Потребная мощность силовой установки базового трактора

Р _∑ υ _к

N = ———— ,

η _т

где υ _к - скорость движения трактора в процессе копания грунта; υ _к = 0,6…0,8 м / с ; η _т - КПД трансмиссии трактора; η _т = 0,8…0,85.

Для обеспечения нормального режима работы агрегата необходимо,

чтобы соблюдалось неравенство

N _е ≥ N ,

где N _е - эффективная мощность силовой установки трактора, приводимая в его технической характеристике.