14.2.4. Тяговый расчет.

Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях, оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины, определить угол подъема, который может преодолеть машина с максимальной призмой волочения.

Условие тягового расчета:

(14.13)

здесь Р – сопротивление перемещению бульдозера в процесс копания грунта (кН), которое складывается из сопротивления перемещения машины с учетом уклона Р_пер, сопротивления грунта резанию Р_рез, сопротивления перемещению призмы волочения Р_пр, сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу Р_от:

; (14.14)

где f – коэффициент сопротивления движению; α_п – угол продольного уклона пути; h– глубина резания, м; k – удельное сопротивление грунта резанию (кПа); δ_р – плотность разрыхленного грунта (т/м³); μ₁ – коэффициент трения грунта по металлу; μ₂ – коэффициент трения грунта по грунту; g – ускорение свободного падения, м/с².

Объем призмы волочения рассчитывается по формуле:

; (14.15)

где К_пр – коэффициент, зависящий от характера грунта и отношения . При =0,3-0,4; К_пр=0,8–0,9 для связных грунтов и 1,2-1,3 для несвязных грунтов.

Расчет по зависимости ( 14.14) проводят для следующих расчетных положений:

1. начальный этап заполнения отвала, призма грунта отсутствует, т.е. V=0;

2. конечный этап заполнения отвала при резании грунта с максимальным объемом призмы волочения.

Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания:

; (14.16)

Во втором положении находят минимальную глубину резания:

; (14.17)

Минимальные значения глубины резания должны быть не менее значений h_п, определяемых по условию возмещения потерь грунта из призмы в боковые валики в процессе ее перемещения:

; (14.18)

где Δ – опытный коэффициент, равный 0,29 для связных грунтов и 0,45 – для малосвязных.

Если бульдозер поворотный, то сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания:

; (14.19)

где Р_вд – сопротивление перемещению грунта вдоль по отвалу:

; (14.20)

Для бульдозера с поворотным отвалом расчеты ведут при угле захвата , а также при наименьшем угле захвата (40…45⁰) для первого расчетного положения и для положения, когда h=0. На основании расчетов устанавливают возможность использования той или иной передачи при копании и перемещении грунта.

Наиболее вероятными условиями работы машин общего назначения, которые необходимо класть в основу расчетов, можно считать разработку характерного грунта категории ІІ (плотность 1850 кг/м³, коэффициент разрыхления 1,3, угол внутреннего трения 40⁰, угол внешнего трения о сталь 35⁰, удельное сопротивление резанию грунта 130 КПа).

14.2.5. Расчет системы управления отвалом.

Основными параметрами гидравлической системы управления отвалом бульдозера являются: усилия на штоках гидроцилиндров Р_ц, скорости их передвижения V_п; рабочее давление жидкости р, расход жидкости Q, мощность на привод насоса; КПД привода.

Усилие на штоках гидроцилиндров подъема отвала определяется из условия статического равновесия трактора относительно передней и задней кромок опорной поверхности гусениц или осей передних и задних колес.

При заглублении (рис. 14.7)

; (14.21)

при выглублении (рис.14.8)

; (14.22)

где G_po – вес рабочего оборудования; G – вес бульдозера без рабочего оборудования.

Для цилиндров изменения угла зарезания (перекоса), захвата и резания при определении усилий исходят из следующего: усилие, развиваемое гидроцилиндром поперечного перекоса отвала должно быть достаточным для поворота базовой машины в обе стороны вокруг оси, проходящей вдоль края опорной поверхности движителя, при упоре краем отвала в жесткое препятствие. Усилие в механизме изменения угла резания определяют при уменьшении и увеличении последнего. В случае уменьшения угла резания усилие в исполнительном механизме должно быть достаточным для преодоления действующих на режущую кромку горизонтальной и вертикальной составляющих сопротивления копанию. Последние рассчитываются по формуле:

; (14.23)

; (14.24)

Рис. 14.7 Схема для определения усилия заглубления отвала

Рис. 14.8 Схема для определения усилия выглубления отвала

В случае увеличения угла резания усилие в исполнительном механизме должно вызывать опрокидывание бульдозера вокруг задней кромки опорной поверхности при упоре кромки ножа в жесткое препятствие.

Усилие в механизме изменения угла захвата должно быть достаточным для преодоления силы, приложенной к краю отвала и способной вызвать разворот машины. Эта сила определяется выражением:

; (14.25)

где b – колея трактора.

Скорости движения штоков гидроцилиндров подъема и опускания отвала находятся в зависимости от принятых скоростей подъема и опускания отвала, под которыми понимают вертикальную составляющую скорости перемещения кромки ножа. Скорость заглубления (опускания) выбирается такой, чтобы заглубление ножа на горизонтальной поверхности осуществлялось на основной рабочей передаче под углом к горизонтали, не превышающим затылочного угла ножа, а также чтобы грунт не снимался коробкой жесткости отвала. Это условие соблюдается, если:

; (14.26)

где V – скорость передвижения бульдозера; θ – задний угол.

Скорости движения поршня относительно корпуса цилиндра принимаются в пределах 0,3…0,5 м/с.

Если базовая машина не имеет встроенного гидропривода, который может быть использован для управления бульдозером, номинальное рабочее давление ρ рекомендуется выбирать равным 10, 16, 25, 32 МПа.

Количество исполнительных цилиндров принимается исходя из общей компоновки бульдозера с учетом действующих на цилиндр усилий возможностей унификации конструктивных элементов.

Внутренний диаметр гидроцилиндров d_ц (мм) вычисляется в зависимости от значений действующего усилия Р_ц (кН) и расчетного давления жидкости в системе Р_р (МПа). При выдвижении штока:

; (14.27)

где - коэффициент мультипликации, равный отношению площадей поршневой и штоковых полостей; d_ш – диаметр штока; η_мц=0,93…0,97 – механический КПД гидроцилиндра.

При втягивании штока:

; (14.28)

Противодавления Р_ш и Р_п, возникающие вследствие вытеснения масла из гидроцилиндра можно принимать Р_ш≈Р_п=0,3…0,5 МПа.

Полученное значение диаметра округляется до рекомендуемых ОСТ22-1417-79 размеров, которые установлены для внутреннего диаметра гидроцилиндра – диаметра и хода штока в мм соответственно: 40…18, 25; 50…22, 32; 63…28, 40; 80…36, 50; 100…45, 63; 70; 110…50, 70. 80; 125…56, 80, 90; 140…63, 90, 100; 160…70, 100, 110; 180…80, 110, 125; 200…90, 1254 220…100, 140; 250…110, 160.

Подача насоса (л/мин):

; (14.29)

где Z – число одновременно работающих гидроцилиндров;

η₀=(0,92-0,97) – объемный КПД, учитывающий утечки рабочей жидкости.

По значениям подачи Q_н и принятого номинального давления Р определяется тип и количество насосов, устанавливаемых на машине, или проверяется соответствие встроенного насоса базового тягача гидросистемы.

Мощность (кВт), потребляемая насосом определяется по формуле:

; (14.30)

где η =(0,6-0,8) – КПД гидропривода.

Внутренний диаметр трубопроводов «d» (мм) выбирается таким, чтобы обеспечивалась средняя скорость жидкости 3…5 м/с в нагнетательном трубопроводе и до 1,5 м/с – во всасывающем.

; (14.31)

где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин; V – средняя скорость жидкости, м/с.

Полученный расчетом внутренний диаметр округляется до рекомендуемого ближайшего: 2, 3, 4, 6, 8, 10, 13, 15. 20, 25, 32.