3.2 Последовательность выполнения задания

1. Высоту Н и длину L прямого отвала можно определить в зависимости от мощности базовой машины и ее ширины. Длина отвала L при любом его рабочем положении должна превышать габаритную ширину базовой машины на 50…100 мм.

Для тяжелых условий работы:

м, (3.1)

где N – мощность базовой машины, кВт.

м, (3.2)

где В – ширина базовой машины, м.

Для легких условий работы:

м, м. (3.3)

Для поворотного отвала длина его должна быть такой, чтобы при наибольшем его повороте соблюдалось условие:

м, (3.4)

где α – угол поворота отвала в плане относительно поперечной оси трактора, град.

Высота поворотного отвала может быть на 20-25% меньше, чем неповоротного (прямого), так как грунт перемещается в бок.

Радиус кривой части отвальной поверхности:

м. (3.5)

2. Строим профиль отвала по основным параметрам:

Н – высота отвала без козырька (расстояние по вертикали между режущей кромкой среднего ножа и верхней кромкой отвальной поверхности), м;

δ – угол резания при основной установке отвала (угол между горизонталью и передней плоскостью ножей; δ = 55^о, δ = 50…55^о – соответственно для неповоротного и поворотного отвалов);

β_о – угол опрокидывания при основной установке отвала (угол между горизонталью и касательной к отвальной поверхности в верхней кромке отвала; β_о = 70…75^о, β_о = 65…75^о – соответственно для неповоротного и поворотного отвалов);

ε_о – угол наклона при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала; ε_о = 75^о – для обеих типов отвалов).

Дополнительными параметрами профиля отвала являются:

Н_к – высота отвала с козырьком (расстояние по вертикали между верхней кромкой козырька и режущей кромкой среднего ножа):

м; (3.6)

β_к – угол установки козырька при основном положении отвала (угол между горизонталью и плоскостью козырька; β_к = 90…100^о – для обеих типов отвалов);

θ_о – 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; θ_о = 20…30^о).

Угол поворота отвала в плане α ограничен смещением центра давления бульдозера вперед, поэтому его обычно принимают равным 25...30°.

Профиль отвала строят в следующем порядке (рис. 3.7).

Через точку 0 проводят горизонтальную прямую 2-2 и вертикальную 1-1. Далее проводят прямую 3-3, отстоящую от прямой 2-2 на расстоянии Н. Затем через точку 0 проводят прямую 4-4 под углом ε_о к горизонтали. Через точку пересечения прямых 3-3 и 4-4 проводят прямую 6-6 под углом β_о и перпендикулярную ей прямую 7-7. На прямой 7-7 откладывают радиус R. Через точку 0 проводят прямую 5-5 под углом δ к горизонтали. Дуга окружности 8-8 радиусом R должна пройти через точку пересечения прямых 3-3,4-4 и 6-6 и коснуться прямой 5-5 в точке, которая будет разграничивать прямую и кривую части отвала. Для построения профиля козырька через точку пересечения прямых 3-3 и 4-4 проводят прямую 9-9 под углом β_к, ограничивая ее горизонтальной прямой 10-10, отстоящей от прямой 2-2 на расстоянии Н_к.

Рис. 3.7 Профиль отвала

3. Тяговый расчет бульдозера выполняют по мощности двигателя Р_д и по сцеплению движителей с грунтом Т_сц. Условие нормальной работы бульдозера (условие движения):

Т_сц  Р_д> ΣW_i. (3.7)

Величина тягового усилия по сцеплению, Н:

Т_сц = G_сц∙_сц·cos α_y (3.8)

где G_сц = G_т + G_н.о = G_т·к = m_т∙g∙к – сцепной вес бульдозера, Н;

G_т – сила тяжести базовой машины, Н;

G_{н.о – сила тяжести рабочего оборудования (отвала), Н;}

m_т – масса базовой машины (трактора), кг;

к – коэффициент учитывающий вес рабочего оборудования бульдозера, т.е. отвала (к = 1,2 – для гусеничных тракторов; к = 1,1 – для колесных тракторов; G_н.о ≤ 0,25G_т);

_сц – коэффициент сцепления движителей с грунтом;

_{αy – угол наклона поверхности движения (дороги) к горизонту, град (αy = 0÷20}^о_).

ΣW_i – общее тяговое сопротивление бульдозеру (3.10) в момент окончания набора грунта перед отвалом, Н.

Величина тягового усилия по мощности двигателя, Н:

Р_{д =} , (3.9)

где N – мощность двигателя базовой машины, кВт;

v₁ – скорость движения бульдозера на первой передаче, м/с;

η – КПД трансмиссии, (η = 0,85).

Суммарная сила сопротивления в конце процесса копания, Н:

ΣW_i = W₁ + W₂ +W₃ + W₄ + W_{5, (3.10)}

где W₁ – сила сопротивления движению бульдозера от сопротивления грунта резанию (отделению грунта от массива), Н:

W₁ = К_рез∙Lh_с·cos α, (3.11)

где L – длина отвала, м;

h_с – толщина стружки, м;

α – угол установки отвала в плане, относительно поперечной оси трактора, град (для поворотного отвала α = 25÷30^о, для неповоротного отвала α = 0^о);

К_рез – коэффициент удельного сопротивления резанию на единицу лобовой площади отвала, кПа;

W₂ – сила сопротивления движению бульдозера от волочения (перемещения) призмы грунта впереди отвала, Н:

W₂ = m_пр·g·(f_г ± i)cos α, (3.12)

где m_пр – масса призмы грунта, кг:

, (3.13)

где L – длина отвала, м;

Н – высота отвала без козырька, м;

V_пр – объем призмы грунта, м³:

, (3.14)

где φ – угол естественного откоса грунта, град (φ ≈ 40÷45^о);

l_p – длина участка резания грунта (набора грунта в призму волочения), м;

h_с – толщина стружки (глубина резания), м;

γ_р – плотность разрыхленного грунта, кг/м³:

γ_р = γ/k_р, (3.15)

где k_р – коэффициент разрыхления грунта;

γ – объемная масса грунта в плотном теле, кг/м³;

k_пр – коэффициент зависящий от характеристики грунта и формы отвала (соотношения размеров Н/L) (принимают по табл. или для несвязных грунтов k_пр = 0,8÷0,9; для связных грунтов k_пр = 1,15÷1,3; или k_пр ≈ tg φ);

g = 9,81 м/с²;

f_г – коэффициент трения грунта по грунту (внутреннего трения);

i – уклон поверхности движения, рад:

i = sin α_у. (3.16)

_{αy – угол наклона поверхности движения (дороги) к горизонту, град (αy = 0÷20}^о_);

α – угол установки отвала в плане, относительно поперечной оси трактора, град.

W₃ – сила сопротивления движению бульдозера от трения грунта при перемещении его вверх по отвалу, Н:

, (3.17)

где m_пр – масса призмы (волочения) грунта, кг;

f_с – коэффициент трения грунта по стали (принимают по табл. или f_с = 0,6÷0,7 – для глины; f_с = 0,4÷0,6 – для суглинка и супеси; f_с = 0,4÷0,5 – для песка);

δ – угол резания ножа отвала, град. (δ = 50^о – для неповоротного отвала, δ = 50^о÷55^о – для поворотного отвала);

α – угол установки отвала в плане, относительно поперечной оси трактора, град.

W₄ – сила сопротивления движению бульдозера от трения грунта при перемещении его вдоль отвалу, Н:

, (3.18)

где m_пр – масса призмы (волочения) грунта, кг;

f_с – коэффициент трения грунта по стали;

f_г – коэффициент трения грунта по грунту;

g = 9,81 м/с².

W₅ – сила сопротивления движению базовой машины (трактора) с рабочим оборудованием (отвалом), Н:

, (3.19)

где m_т – масса базовой машины (трактора), кг;

m_н.о – масса рабочего (навесного) оборудования бульдозера (отвала), кг (m_н.о = 0,2m_т – для гусеничных тракторов; m_н.о = 0,1m_т – для колесных тракторов; исходя из условия – m_н.о ≤ 0,25 m_т);

ω – коэффициент сопротивления движению базовой машины (трактора) принимают по табл.

Свободная сила тяги по сцепному весу (запас тягового усилия):

Н, (3.20)

Фактическая тяговая сила , которую может израсходовать бульдозер на резание грунта, т.е.

.

Свободная сила тяги по мощности привода (запас мощности):

Н. (3.21)

С другой стороны, фактически

.

Дальнейший расчет ведется по меньшему из значений свободной силы тяги, полученных в (3.20) и (3.21).

Тогда можем определить толщину стружки в конце процесса набора грунта в призму волочения

м. (3.22)

Свободная сила тяги по мощности в начале процесса копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера:

.

Глубина резания грунта в начале процесса копания, когда :

м. (3.23)

Средняя толщина срезаемого слоя грунта:

м. (3.24)

Потребная мощность двигателя трактора, кВт:

, (3.25)

где v – рабочая скорость передвижения бульдозера (на соответствующей передаче, как правило І – ІІ), км/ч;

η – КПД трансмиссии привода (η = 0,85);

ΣW_i – в кН.

4. Производительность бульдозера. Эксплуатационная производительность бульдозера при резании и перемещении грунта, м³/ч:

, (3.26)

где V_пр – объем призмы волочения грунта, м³ ();

К_В – коэффициент использования бульдозера по времени (К_В = 0,8÷0,9);

К_УК – коэффициент, учитывающий влияние уклона (0÷20%) поверхности грунта, (при движении вниз по уклону К_УК = 1÷2,7, при движении на подъем (0÷15%) по уклону К_УК = 0,46÷1,0; К_УК = 1 – горизонтальное основание);

К_Р – коэффициент разрыхления грунта;

• – коэффициент, учитывающий потери грунта:

 = 1 – 0,005l_п, (3.27)

где l_п – длина участка перемещения грунта бульдозером после наполнения призмы волочения (после резания ), м;

Т_Ц – продолжительность рабочего цикла, с:

, (3.28)

где v_р, v_п, v_х – скорости соответственно резания и перемещения грунта и холостого хода (возврат на исходную позицию) бульдозера, м/с;

l_р, l_п, l_х – длина соответствующих участков, (l_х = l_р + l_п), м;

t_п – время переключения передач, с (t_п = 4÷5 с);

n – число переключений передач за цикл (n ≈ 5÷7);

t_о – время опускания или подъема отвала, с (t_о = 1÷2 с);

n_о – число подъемов и опусканий отвала за цикл (n_о ≈ 4÷6).

Эксплуатационная производительность бульдозера при планировочных работах, м²/ч:

, (3.29)

где l – длина планируемого участка, м;

L – длина отвала, м;

α – угол установки поворотного отвала в плане, относительно поперечной оси трактора, град.;

b – часть полосы, перекрываемая при последующем проходе, м (b = 0,3÷0,5 м);

v_ср – средняя рабочая скорость бульдозера, м/с (v_ср = 0,5(v_max + v_min));

t_пов – время, затрачиваемое на поворот трактора, с (t_пов = 12÷15 с при гусеничном ходе и t_пов = 8÷10 с при колесном);

К_В – коэффициент использования бульдозера по времени (К_В = 0,8÷0,9);

n_п – число проходов бульдозера по одной полосе (одному месту n_п = 1÷2).

Контрольные вопросы

1. Назовите отличительные особенности конструкции поворотного отвала от неповоротного.

2. По каким критериям классифицируются бульдозеры?

3. Для чего нужна система автоматического управления?

4. Перечислите основные геометрические параметры бульдозера.

5. Укажите достоинства и недостатки бульдозера с неповоротным отвалом по сравнению с поворотным.

Исходные данные к тяговому расчету бульдозера. Таблица 3.1

Вариант	Длина рабочих участков, м		Базовый трактор	Условия работы	Тип отвала	Уклон поверхности движения αу град	Разрабатываемый грунт
	lп	l
1	2	3	4	5	6	7	8
1	25	35	Т-100	Т	неповоротный	0	Суглинок
2	30	40	Т-4А	Л	поворотный	10	Песок
3	28	44	Т-130	Л	неповоротный	5	Сланцы
4	21	34	Т-180	Т	поворотный	12	Глина
5	18	40	Т-150	Л	неповоротный	10	Суглинок
6	27	42	Т-330	Т	поворотный	15	Суглинок плотн.
7	24	38	Т-75	Л	неповоротный	4	Песок
8	27	46	Т-130	Л	поворотный	6	Глина
9	32	41	Т-220	Т	поворотный	14	Суглинок
10	27	40	Т-180	Т	поворотный	15	Сланцы
11	35	34	Т-4А	Л	неповоротный	8	Песок
12	31	41	ДЭТ-250	Т	неповоротный	15	Глина
13	19	31	Т-500	Т	поворотный	16	Сланцы
14	26	37	Т-100	Л	неповоротный	7	Песок
15	35	44	Т-130	Л	поворотный	5	Суглинок
16	29	46	Т-180	Т	неповоротный	8	Глина
17	30	39	ДЭТ-250	Т	поворотный	14	Суглинок плотн.
18	24	36	Т-150	Л	неповоротный	11	Сланцы
19	25	42	ДТ-75	Л	неповоротный	0	Песок
20	28	45	Т-130	Л	неповоротный	9	Глина
21	30	37	Т-180	Т	поворотный	11	Суглинок плотн.
22	32	41	Т-500	Т	поворотный	15	Суглинок
23	22	38	Т-180	Л	неповоротный	8	Песок
24	36	48	Т-330	Т	поворотный	114	Глина
25	32	40	Т-180	Л	неповоротный	10	Суглинок

* – недостающими параметрами задаться самостоятельно, согласно существующих рекомендаций и справочных данных.

Значения удельных сопротивлений грунта резанию и копанию, МПа. Таблица 3.2.

Наименование грунта	Категория	Объемная масса в плотном теле, кг/м3	Коэффициент разрыхления	Удельное сопротивление грунта резанию
				нож бульдозера	нож скрепера
Песок рыхлый, сухой	I	1200...1600	1,05...1,1	0,01...0,03	0,02...0,04
Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный	I	1400...1800	1,1. ..1,2	0,02...0,04	0,05...0,1
Суглинок, средний и мелкий гра- вий, легкая глина	II	1500...1800	1,15...1,25	0,06...0,08	0,09...0,18
Глина, плотный суглинок	III	1600...1900	1,2...1,3	0,1...0,16	0,16...0,3
Тяжелая глина, сланцы, суглинок со щебнем, гравием	IV	1900...2000	1,25...1,3	0,15…0,25	0,3... 0,4
Сцементировавшийся строитель- ный мусор, взорванная скальная порода	V	1900...2200	1,3...1,4	0,2…0,4	—

Продолжение табл. 3.2

Наименование грунта	Категория	Удельное сопротивление грунта резанию		Удельное сопротивление грунта копанию
				прямая и обратная лопата-	драглайн	многоковшовые экскаваторы
		Стойка кабелеукладчика	Режущие части периметров ковша			поперечного копания	продольного копания
Песок рыхлый, сухой	I	0,2...0,4	0,01...0,03	0,02...0,03	0,03...0,05	0,03...0,06	0,06...0,16
Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный	I	0,3...0,9	0,02...0,05	0,03...0,07	0,06...0,12	0,0...0,1	0,1...0,18
Суглинок, средний и мелкий гравий, легкая глина	11	1,7..1	0,06...0,1	0,09...0,18	0,1...0,2	0,12...0,18	0,1.6... 0,26
Глина, плотный суглинок	III	1,1...1,6	0,1...0,18	0,12...0,25	0,16...0,3	0,18...0,24	0,26...0,3
Тяжелая глина, сланцы, суглинок со щебнем, гравием	IV	1,7...3	0,16..,0,36	0,25...0,4	0,3...0,5	0,24...0,3	0,3...0,4
Сцементировавшийся строительный мусор, взорванная скальная порода	V	—	0,19...0,4	0,3...0,48	0,32...0,56	—	—

Основные свойства грунтов. Таблица 3.3.

Показатели	Обзначение	Грунт
		болотно- торфяный	песок	супесь	суглинок	тяжелый суглинок	глина	тяжелая глина
Коэффициент разрыхления	kp	1,2 – 1,3	1,08 – 1,17	1,1 – 1,2	1,14 – 1,28	1,24 – 1,32	1,24 – 1,3	1,26 – 1,32
Показатель плотномера ДОРНИИ (при естественной влажности грунта)	Cуд	1 – 5	1 – 4	3 – 12	5 – 10	9 – 18	14 – 19	18 – 24
Плотность, кг/м3	ρ	600 – 1200	1500 – 1700	1500 – 1900	1600-1750	1750 -1900	1800 -1900	1900 -2000
Группа грунта по ГОСТ 9693 – 67	–	1 – 2	1	1 – 2 – 3	2 – 3	3 – 4	3 – 4	4
Удельный вес грунта в естественном состоянии, Н/м3	γг	5870- 11700	14700 – 16700	14700-18600	15700-17100	17100-1800	17600-18600	18600-19600
Коэффициент трения грунта по грунту	fг	0,9 – 1,0	0,4 – 0,7	0,4 – 0,7	0,7 – 0,8	0,7 – 0,8	0,8 – 1,0	0,8 – 1,0
Коэффициент трения грунта по металлу	f	0,1 – 0,5	0,4 – 0,5	0, 4 – 0,5	0,5 – 0,6	0,5 – 0,6	0,6 – 0,7	0,6 – 0,7

Среднее значение коэффициентов сопротивления движению и сцепления. Таблица 3.4.

Грунт	Коэффициент сопротивления передвижению ω			Коэффициент сцепления φсц
	Гусеничные машины	Колесные машины	лыжи	Гусеничные машины	Колесные машины
Торфяное болото	0,1 - 0,3	0,2 - 0,3	0,7 - 0,9	0,15 - 0,9	0,1 - 0,6
Песок	0,1 - 0,15	0,16 - 0,2	0,4 - 0,6	0,4 - 0,5	0,3 - 0,4
Супесь	0,07 - 0,12	0,04 - 0,18	0,4 - 0,6	0,60 - 1	0,4 - 0,7
Суглинок	0,08 - 0,15	0,12 - 0,2	0,4 - 0,7	0,70 - 0,8	0,5 - 0,7
Суглинок тяжелый	0,07 - 0,15	0,03 - 0,2	0,4 - 0,7	0,9 - 1	0,7 - 0,8
Стерня	0,08 - 0,09	0,07 - 0,1	---	0,7 - 0,9	0,6 - 0,7
Луг влажный скошенный	0,07 - 0,08	0,09 - 0,1	---	0,8 - 0,9	0,6 - 0,7
Свежепопаханное поле	0,1 - 0,12	0,17 - 0,18	---	0,6 - 0,8	0,4 - 0,5

Основные параметры гусеничных тракторов. Таблица 3.5.

Показатель	ДТ-75	Т-75	Т-4А	Т-100М	Т-130
Марка двигателя	СМД-14	Д-75	А-01М	Д-10	Д-160
Мощность двигателя, кВт	55	55	100	74	118
Тяговый класс	3	3	4	10	10
Скорость движения, км/ч:
Вперед назад	5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67 3,42...4,28	2,14...10,6 1,76...5,86	3,47; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52 4,69; 5,47; 6,34; 7,04	2,36; 3,78; 4,51; 6,45; 10,15 2,79; 4,46; 5,34; 7,61;	3,7; 4,4; 5.13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2 3,56; 4,96; 7,14; 9,9
Габариты, мм: длина	3075	3600	4475	4313	4390
ширина	1740	1840	1952	2460	2475
высота	2273	2300	2568	3059	3080
Масса трактора, т	5,26	5,9	8	12,1	14

Продолжение табл. 3.5

Показатель	Т-180	ДЭТ-250	Т-220	Т-330	Т-500
Марка двигателя	Д-180	В-ЗОВ	ДВ-220	8ДБТ-330	12ДВТ-500
Мощность двигателя, кВт	130	220	160	240	370
Тяговой класс	15	25	15	25	35
Скорость движения, км/ч: вперед назад	2,86; 5,06; 6,9; 9,46; 13,09 3,21...8,19	Рабочая 2,3...15; транспортная 3,5...24,5 То же	0...17.6 0...14,6	0...16,4 0...13,7	0...16,2 0...13.5
Габариты, мм: длина	5800	6236	5180	5515	7870
Ширина	2740	3160	2795	2950	50
Высота	2800	3180	3020	3130	3385
Масса трактора, т	14,35	25	17	25	35

Техническая характеристика гусеничных тракторов. Таблица 3.6.

Марка трактора	Т-4А	Т-150	ДТ-75	ДТ75Р	ДТ-75Х	ДТ-75Б	ДТ-75М	ДТ-75МУ	ДТ-75МХ
Тяговый класс	4	3	-	3	-	3	3	3	3
Длина, мм	4217	4270	---	4675	---	4614	4673	4673	4673
Ширина, мм	1952	1830	---	1470	---	2240	1740	1740	1740
Высота, мм	2571	2462	---	2333	---	2333	2333	2333	2333
Масса трактора, кг - конструктивная -эксплутационная	8000 8420	6800 7200	6280 6670	6280 6670	6300 6690	7130 7480	6390 6780	6330 6980	6230 6360
Удельное давление, МПа	0,04	0,047	0,048	0,048	0,048	0,028	0,0183	0,0197	0,017
Продольная база, мм	1800	1800	---	1612	---	2363	1216	1216	1216
Колея, мм	1384	1435	---	1330	---	1570	1330	1330	1300
Дорожный просвет, мм	333	300	---	326	---	326	326	326	326
Ширина гусеницы; шаг звена, мм	420;176	590;170	---	390;170	---	670; 180	390;170	390;170	390;170
Радиус окружности ведомой звездочки, мм	372,5	345	360	360	360	300	360	360	360
Скорость движения на разных передачах, км/ч 1 2 3 4 5 6 7 8	3,47 50* 4,03 50* 4,66 50* 5,20 49,6* 6,37 41,6* 7,37 34,9* 8,53 29,2* 9,52 25,5*	7,65 42,5 8,62 37,0 9,72 32,2 10,62 29,1 11,44 26,6 12,91 23,1 14,54 20,0 15,89 17,80	5,45 29,8* 6,08 26,2* 6,77 23,0* 7,52 20,2* 8,37 17,1* 9,31 14,9* 11,49 11,1	5,15 29,8* 5,74 26,2* 6,39 23,0* 7,10 10,2* 7,9 17,1* 8,8 14,90* 10,85 11,1*	5,45 29,8* 6,08 26,2* 6,77 23,0* 7,52 20,2* 8,37 17,1* 9,31 14,9* 11,49 11,1		5,3 33,40* 5,91 31,20* 6,58 27,50* 7,31 24,30* 8,16 20,70* 9,05 18,20* 11,18 13,30*
Координаты центра тяжести, мм от продольной оси оси (вправо) от оси ведущих звездочек	0 1163 731	0 1485 773	5 1245 730	5 1245 730	5 1245 730	0 1324 690	0 1270 681	0 1270 681	0 1270 681
Мощность, кВт	96	110	59	59	59	59	66	66	66

*Максимальное тяговое усилие на разных передачах, кН.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 4

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ СКРЕПЕРА

З а д а н и е. Изучить конструкцию скрепера. Выполнить тяговый расчет прицепного скрепера, определить возможность его работы с заданным тягачом, при необходимости подобрать толкач, определить производительность скрепера.

Д а н н ы е для расчета взять из таблицы 4.1.