1.2. Набор грунта

Для бульдозеров общего назначения наиболее тяжёлой операцией является конечная стадия набора грунта, когда возрастают сопротивления на рабочем органе, т.е. . Суммарное сопротивление для этих условий состоит из следующих составляющих:

, кН, (1.4)

где W₁ – сопротивление перемещению бульдозера, кН

.

После некоторых преобразований получаем выражение:

, кН, (1.5)

где G – масса бульдозера, т; g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести; f – коэффициент сопротивления качению (или удельное сопротивление движению гусеничной машины); i – уклон (знак «–») / подъём (знак «+») пути.

Набор грунта обычно производится на горизонтальном участке, в этом случае i = 0.

W_P – сопротивление грунта резанию, кН.

Резанием называется процесс, при котором режущая часть рабочего органа землеройной или землеройно-транспортной машины, имеющая обычно форму клина, (у бульдозера это нож отвала), под действием определённого усилия внедряется в грунт и продвигается по траектории, зависящей от конструкции машины, отделяя слой, условно называемый стружкой. Толщина срезаемой стружки может изменяться по длине траектории.

Режущая часть рабочего органа характеризуется следующими элементами (рис. 4,а): углом заострения β, задним углом α, передним углом γ, углом резания δ = β + α, шириной (длиной) режущей кромки b (у бульдозера это длина отвала L).

В процессе резания рабочему органу для преодоления сопротивления копанию (рис. 4,б), его составляющих – касательной и нормальнойнеобходимо сообщить движение в двух направлениях: вдоль поверхности резания и перпендикулярно ей. Движение по первому направлению называется основным, т.к. в результате его срезается стружка. Это движение создаётся у бульдозера за счёт тягового усилия трактора (тягача). Движение по второму направлению называется движением подачи, определяющим толщину стружки, и оно создаётся гидроцилиндрами подъёма/опускания отвала 2 (рис. 1), 8 (рис. 2). Соотношение скоростей этих движений в известной степени определяет траекторию рабочего органа.

Рис. 4. Геометрия режущих элементов рабочих органов

землеройных машин

Отделение грунта от массива происходит в результате сдвига или отрыва части грунта в зависимости от его физико-механических свойств, от геометрической формы рабочего органа и режимов работы.

Сопротивление резанию определяем по известной формуле проф. Н. Г. Домбровского:

, (1.6)

где b – ширина резания; c – глубина резания (рис. 4,а).

Для бульдозера формула (6) имеет вид:

, кН (1.7)

Здесь K – удельное сопротивление грунта резанию, МПа; L – длина отвала бульдозера (ширина резания), м; h – толщина срезаемой стружки (глубина резания), м.

На энергоёмкость процесса резания и формирование призмы волочения существенно влияют ширина резания и толщина срезаемой стружки, геометрия отвала, его форма, физико-механические свойства грунта.

W₂ – сопротивление перемещению призмы волочения, кН:

(1.8)

Здесь V – объём призмы волочения, м³; объёмная масса плотного грунта, т/м³; коэффициент трения грунта о грунт.

, (1.9)

где H – высота отвала, м; ε – угол естественного откоса разрыхлённого грунта призмы в движении, град.

W₃ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, кН:

(1.10)

Здесь α – угол резания ножом отвала, град; коэффициент трения грунта о сталь.

В начальный период набора грунта действует только сопротивление движению бульдозера , поэтому грунт разрабатывают максимально возможной по тяговым усилиям толщиной стружки:

, м (1.11)

Здесь в числителе разность – это та часть тяги бульдозера, которая используется для преодоления сопротивления грунта резанию в начальный период набора;сила тяги бульдозера на первой (максимальной по передаточному отношению) передаче.

Значение не должно превышать максимальной величины заглубления отвала для конкретной модели бульдозера (табл. П2).

В конечной стадии набора грунта действуют все сопротивления, поэтому толщину стружки рассчитывают с использованием выражения:

, м (1.12)

Средняя толщина срезаемой стружки:

, м (1.13)

Сопротивление грунта резанию при среднем значении величины срезаемой стружки, кН:

(1.14)

Длина пути набора грунта, м:

, (1.15)

где коэффициент потерь грунта при наборе; для связных грунтов; для сыпучих грунтов1,3…1,5.

Время набора грунта, с:

, (1.16)

где скорость перемещения бульдозера при наборе грунта (рабочая скорость);2…4 км/час. Для машин с механической или гидромеханической трансмиссией это скорость на первой передаче, т.е..

коэффициент замедления при трогании бульдозера с места.