Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

6.2 Производительность бульдозера.

Производительность бульдозера при резании и перемещении

где Vф - фактический объем грунта (в плотном теле) перед отвалом, м3;

Vф 2К пр К р

В– ширина отвала бульдозера, м;

Н- высота отвала с учетом козырька, м;

Значения В и Н принимаются по паспортным данным выбранной машины. Кпр –коэффициент, зависящий от характера грунта в призме волочения (связности, коэффициента разрыхления) и от отношения высоты отвала Н

к ширине В; (табл. 6.1)

Кр – коэффициент разрыхления (характеризует механические свойства грунта

или насыпного) и представляет собой отношение объемной массы грунта в естественном залегании (насыпной массы) к объемной массе грунта в условиях его разрыхленного состояния;

Значения коэффициентов разрыхления грунта в зависимости от категории грунта следующие:

Кв – коэффициент использования бульдозера по времени,

Кв = 0,80…0,85;

Кукл – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера (см. табл. 6.2);

- 110 -

Таблица 6.2 Зависимость производительности бульдозера от рельефа

местности

где tр - время необходимое для формирования призмы волочения, с;

lр - длина пути резания, равная 5…7 м;

v1 - скорость движения бульдозера при копании грунта, = 0,4…0,5 м/с (уточняется по характеристике базовой машины с учетом буксования движителей);

tп - время, необходимое на перемещение грунта на требуемое

lп - длина участка перемещения грунта, м;

v2 - скорость движения бульдозера при перемещении грунта, равная 0,9…1,0 м/с (уточняется по характеристике базового шасси с учетом

v3 - скорость движения трактора в обратном направлении, равная 1,1…2,2 м/с (уточняется по характеристике базового шасси);

tс - время на переключение скоростей, равное 4…5 с; tо - время на опускание отвала, равное 1…2с.

Обычно бульдозеры производят резание грунта на I или II передаче, что составляет 0,4…0,5 м/с, а транспортирование его к месту выгрузки на II или III передаче, или 0,9…1,0 м/с. возвращение его к месту набора грунта для нового цикла осуществляется, как правило, задним ходом со скоростью 1,1…2,2 м/с. если бульдозер работает с поворотами, необходимо в общем времени цикла учесть время на повороты. Время, необходимое на один поворот, tпов=10 с.

- 111 -

6.3 Выбор основных параметров бульдозера.

Главный параметр бульдозера – номинальное тяговое усилие, которое определяется на плотном грунте с учетом догрузки базовой машины массой рабочего оборудования.

Номинальное тяговое усилие бульдозера:

где mб=mбм+mно – масса бульдозера, кг; mбм – масса базовой машины, кг;

mно – масса навесного оборудования, кг;

km– коэффициент использования массы по сцеплению; для гусеничных бульдозеров km – 1,0;

для бульдозеров на базе пневмоколесных тягачей km определяется числом ведущих мостов;

ϕсц – коэффициент сцепления.

Скорость рабочего хода бульдозера выбирают в пределах 2,5 – 3,5 км/ч из-за утомляемости машиниста при ручном управлении, для безопасности работы и др.

Рис. 6.2 - Основные параметры отвалов:

а – углы установки; б – параметры профиля

Вертикальное давление рв на режущей кромке отвала зависит от степени затупления ножей и системы управления отвалом (гидравлическое или канатно-блочное).

- 112 -

Основными параметрами бульдозера служат также среднее статическое давление и смещение центра давления. Эти параметры определяют статическим расчетом.

К основным параметрам отвала относятся (рис. 6.2): В – ширина отвала; H – высота отвала без козырька; δ – угол резания при основной установке отвала; β – угол опрокидывания при основной установке отвала (угол между горизонталью и касательной к отвальной поверхности в верхней кромке отвала), ε – угол наклона при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала.

Дополнительные параметры профиля отвала: Hк – высота с козырьком; βк – угол установки козырька при основном положении отвала (угол между горизонталью и плоскостью козырька); θ – задний угол при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией, соединяющей режущую кромку среднего ножа с наиболее выступающим элементом конструкции внизу на тыльной стороне отвала).

Ширину неповоротного отвала В бульдозера выбирают минимально возможной из расчета перекрытия ширины базовой машины или выступающих в стороны элементов толкающей рамы не менее чем на 70 мм с каждой стороны. Для работы в легких грунтах ширину отвала В можно увеличить, применив удлинители и уширители. Ширину поворотного отвала бульдозера выбирают аналогично при повернутом в плане отвале.

- 113 -

Высота отвала H (мм) регламентируется тяговым усилием бульдозера и определяется по эмпирическим формулам:

для неповоротного отвала

где Fн – номинальное тяговое усилие базовой машины, кН.

Отвалы бульдозеров общего назначения рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала. Высота козырька по вертикали должна составлять 0,1 – 0,3 высоты отвала.

Задний угол отвала рекомендуется выбирать не менее 20°.

Радиус кривой части отвальной поверхности R, высота отвала H, углы резания δ, опрокидывания β и наклона отвала ε связаны между собой зависимостью:

При рекомендуемых углах отвальной поверхности для неповоротного отвала (δ=55°, β =75° и ε =75°) R = 0,99H, а для поворотного отвала (δ = 55°, β = 70°, ε = 75°), R = 0,81Н.

Угол поворота отвала в плане α устанавливают в пределах 25 – 30°. Увеличение этого угла может привести к развороту бульдозера в горизонтальной плоскости.

Угол перекоса отвала в поперечной вертикальной плоскости позволяет разрабатывать более тяжелые грунты, облегчает производство работ на косогорах.

Рекомендуемый диапазон регулирования угла перекоса составляет 0 – 100 при гидрофицированном и 0 – 60 при ручном управлении отвалом.

Максимальную высоту подъема Нп и опускания Hо отвалов определяют суммой предельных рабочих углов спуска и подъема.

Учитывая, что бульдозеры общего назначения чаще всего работают на уклонах до 20°, высоту подъема выбирают по углу въезда, который должен быть не менее 20°.

Высоту опускания отвала ниже опорной поверхности ходовой части базовой машины выбирают такую, при которой угол между опорной поверхностью гусениц и линией, соединяющей режущую кромку опущенного отвала с центром давления, был бы не менее 20°.

- 114 -

6.4 Тяговый расчет бульдозера.

Тяговый расчет бульдозера, как и любой другой землеройной машины, заключается а определении необходимого тягового усилия Р, которое должно быть больше или равно сумме всех возникающих при работе машины сопротивлений

i 1

где п – количество видов сопротивлений;i – сопротивление i-того вида.

За расчетное положение при определении потребной силы тяги и мощности берется момент окончания набора грунта перед отвалом бульдозера. Это необходимо учесть как сопротивление вырезанию стружки грунта с определенной площадью поперечного сечения, так и сопротивление грунта, которых перемещается впереди отвала (призма волочения).

В основу расчета кладется суммирование сопротивлений, возникающих в процессе резания и перемещения грунта, независимо от его инструкции.

При работе бульдозера полное сопротивление, преодолеваемое толкающим усилием трактора, слагается из следующих сопротивлений:

Vф - фактический объем грунта перед отвалом, м3;- объемная масса грунта;

- коэффициент трения грунта призмы волочения по грунту поверхности забоя, равный для связных грунтов 0,5, для несвязных грунтов – 0,7;

i - сопротивление перемещению грунта на подъем (под уклон);

- угол наклона пути к горизонту, град, принимаемый со знаком “минус” при движении под уклон;

- угол резания, град (для неповоротного отвала, равный 550, для поворотного отвала – 50…550);1 - коэффициент трения грунта по металлу, равный для песка и супеси

0,35, для среднего суглинка – 0,50, для тяжелого суглинка – 0,80;4 - сопротивление перемещению (транспортированию) бульдозера;

G - сила тяжести трактора с бульдозерным оборудованием, кгс;

f- коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора; для гусеничного движителя f = 0,15… 0,20;

для колесного движителя f = 0,10… 0,15.

Произведя тяговый расчет для заданной машины, можно определить режимы, на которых следует работать, чтобы полностью использовать мощность двигателя, и какие максимальные рабочие сопротивления можно преодолеть для работы на заданных режимах.

В случае, если сумма сопротивлений при производстве тягового расчета окажется больше или меньше тягового усилия выбранной марки машины, необходимо, проанализировав составные части расчета, принять решение, способствующие изменению его в сторону снижения или увеличения. Принятые мероприятия следует обосновать и отразить в тексте при повторном расчете.

- 116 -

6.5 Практическая работа №6 Тема: Тяговый расчет бульдозера и расчет его

производительности.

Цель работы: проверить возможность бульдозера резать и перемещать грунт без буксования; определить эксплуатацию производительность.

Методика расчета

Условие движения бульдозера без буксования

Tсц.б ≥ ∑Wi

где Тсц.б - сила тяги бульдозера по сцеплению, Н;

∑Wi - сумма сил сопротивлений, возникающих при резании и перемещении грунта, Н.

Сила тяги бульдозера по сцеплению

Тсц.б = Gсц.б.·φсц. , Н,

где Gсц.б.·- сцепной вес бульдозера, Н;

φсц - коэффициент сцепления гусениц с грунтом.

Сцепной вес бульдозера

Gсц.б = (Мо.тр+Мб.о.).·g , Н,

где Мо.тр - общая масса трактора, кг; Мб.о- масса бульдозерного оборудования, кг

g - ускорение свободного падения, принимается g =9,81м/с2.

Коэффициент сцепления гусениц с грунтом принимается в зависимости от типа грунта, принимается φсц = (0,6 ÷ 0,9). Для плотных грунтов принимается больше значения коэффициента, для мягких грунтов принимается меньшие значения.

А) В процессе работы бульдозера с неповоротным отвалом возникают следующие силы сопротивления

Рисунок 6.3 Расчетная схема при работе неповоротным отвалом

∑Wi = W1 + W2 + W3 + W4+W5.

где W1 - сопротивление грунта резанию, Н;

W2 - сопротивление волочению грунта перед отвалом, Н; W3 - сопротивление перемещению грунта по отвалу, Н; W4 – сопротивление передвижению отвала по грунту, Н; W5 - сопротивление движению бульдозера, Н.

- 118 -

где kр - удельный коэффициент сопротивления грунта резанию, МПа; Во – ширина отвала, м;

h - глубина резанию грунта, м, которая вначале принимается по таблице исходных данных, а затем уточняется расчетом.

Удельный коэффициент сопротивления грунта резанию зависит от типа грунта и принимается из таблицы 6.6.

Сопротивление волочению грунта перед отвалом

W2 = γо·Vпр.·μ1·g / kразр. ,Н,

где γо – объёмный вес грунта, кг/м3;

Vпр - объем грунта находящегося перед отвалом(призма волочения),м3; μ1 - коэффициент трения грунта о грунт, принимается в зависимости

от типа грунта, μ1 = (0,5 ÷ 1,2) .Меньшие значения принимают для влажных и глинистых грунтов, большие значения для сухих и песчаных грунтов.;

g - ускорение свободного падения, g =9,81 м/с2; kразр - коэффициент разрыхления грунта.