Заочники ПГС 3 курс ИДПО 2013 / Лаб работы / 5 работа Бульдозер
.pdfФедеральное агентство по образованию РФ Тверской государственный технический университет
Кафедра "Строительные и дорожные машины и оборудование"
Лабораторная работа
По дисциплине «СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ»
На тему «Бульдозеры. Тяговый расчет и производительность».
Выполнил студент группы ………………………
Факультета……………………………
Фамилия И.О. ………………………
Принял ……………………………
Тверь 20___г.
Бульдозеры. Тяговый расчет и производительность
Цель работы: изучение конструкции и основных технико-эксплуатационных параметров бульдозеров; освоение методики расчета сопротивлений, возникающих при работе бульдозера; определение производительности для заданных технологических условий.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.1. Исходные данные взять в соответствии с вариантом задания из приложения 1 и занести в таблицу 1:
Таблица 1. Исходные данные
Наименование |
|
Обозначение |
Ед. изм. |
значение |
|
Марка бульдозера |
|
- |
- |
|
|
Марка трактора |
|
- |
- |
|
|
Мощность |
|
|
N |
|
|
Вес |
|
|
G |
|
|
Высота отвала |
|
|
H |
|
|
Длина отвала |
|
|
L |
|
|
Длина груженого хода |
|
lГХ |
|
|
|
Уклон |
|
|
I |
|
|
Коэффициент уклона пути |
|
Ky |
|
|
|
Объемный вес материала |
|
γ |
|
|
|
Коэффициент сопротивления грунта |
Kp |
|
|
||
резанию |
|
|
|
|
|
Удельное сопротивление грунта |
K |
|
|
||
резанию |
|
|
|
|
|
Коэффициент трения грунта о грунт |
μ |
|
|
||
Коэффициент трения грунта о сталь |
μ1 |
|
|
||
Удельное сопротивление бульдозера |
f |
|
|
||
движению |
|
|
|
|
|
Оэффициент |
сцепления |
гусениц с |
φ |
|
|
грунтом |
|
|
|
|
|
Коэффициент |
вида и |
состояния |
β |
|
|
грунта |
|
|
|
|
|
Угол естественного откоса грунта в |
φe |
|
|
||
движении |
|
|
|
|
|
2
1.2. На схеме конструкции бульдозера указать основные элементы конструкции
рис. 1. Схема конструкции бульдозера
1 – базовая машина
2 – толкающие брусья
3 – отвал
4 – нож
5 – козырек
6 – вертикальные раскосы
7 – гидроцилиндры подъема/опускания рабочего органа
1.3. Пользуясь методическими указаниями, найти эксплуатационную расчетную производительность бульдозера.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Бульдозеры – одни из самых универсальных и применяемых машин земляных работ в любом строительстве. Они разрабатывают и транспортируют волоком грунт на расстояние до 150 м, а так же выполняют разнообразные подготовительные и вспомогательные работы. Наиболее распространенные схемы движения бульдозеров – челночная (возврат задним ходом, рис.1, стр.19) и эллиптическая. Для получения максимальной производительности и эффективного использования мощности базового трактора, а так же определения режима работы бульдозера выполняют тяговые расчеты.
3
2. Тяговые расчеты.
Для выполнения тяговых расчетов бульдозеров пользуются общим уравнением тягового баланса:
Рcц ³ Fкр ³ W
в нашем случае необходимо, чтобы:
Рcц ³ W
и (1.1)
Fкр ³ W
Верхнее неравенство 1.1 определяет условие движения без буксования; нижнее - условие движения бульдозера по тяговому усилию тягача.
где Рсц = Gсц ×j - сила тяги по сцеплению; Gсц = G - сцепной вес бульдозера, равный для гусеничных машин ее весу; j - коэффициент сцепления гусениц с грунтом; Fкр - сила тяги на крюке тягача; åW - суммарное сопротивления операции цикла.
Для бульдозеров общего назначения с неповоротным отвалом наиболее тяжелой операцией является конечная стадия набора грунта. Суммарные сопротивления для этих условий состоят из следующих составляющих:
2.1. Набор грунта
Набор грунта в нашем случае производится на наклонном участке: в этом случае сопротивления определяются по выражению:
åWH = W1 + Wp + W2 + W3 , кН |
(1.2) |
где |
|
W1 = G( f + i), кН |
(1.3) |
W1 = ……………………………………………………………………………………………
здесь W1- сопротивление перемещению бульдозера, кН; f – удельное сопротивление движению; i – уклон пути;
Wp = К р × L × hmin , кН |
(1.4) |
здесь Wp- сопротивление резанию, кН; Кр- коэффициент сопротивление грунта резанию, МПа;
L-длина отвала, м; h- толщина срезаемой стружки, м;
W2 = V ×g × (m + i), кН |
(1.5) |
4
здесь W2- сопротивление перемещению призмы волочения, кН; g - объемный вес плотного грунта, т/м3; m - коэффициент трения грунта о грунт;
V = |
L |
× |
H 2 |
, м3 |
(1.6) |
|
2 |
tgjе |
|||||
|
|
|
|
здесь V- объем призмы волочения, м3; Н-высота отвала, м; jе -угол естественного откоса разрыхленного грунта призмы в движении, град;
V = ……………………………………………………………………………………………
W2 =……………………………………………………………………………………………
W = V ×g × cos2 a × m |
1 |
, кН |
(1.7) |
3 |
|
|
здесь W3 - сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, кН; α-угол резания ножом отвала, град; m1 - коэффициент трения грунта о сталь.
W3 = ……………………………………………………………………………………………
В начальный период набора действует только сопротивление перемещению бульдозера, поэтому разрабатывают грунт максимально возможной по тяговым усилиям толщиной стружки, при этом используют выражение:
h = |
FI -W1 |
|
, м |
(1.8) |
|
|
|||
max |
L × K ×10 |
3 |
|
|
|
|
|
hmax = ……………………………………………………………………………………………
где FI -сила тяги на крюке тягача на первой (максимальной) передаче; К - удельное сопротивление грунта резанию, МПа.
Значение hmax не должно превышать максимальной величины опускания отвала в грунт h0,
т. е. hmax ≤ h0, (прил.2).
В конечной стадии набора действуют все сопротивления, поэтому толщину стружки рассчитывают с использованием выражения:
h = |
FI -W1 -W2 |
-W3 |
, м |
(1.9) |
|
|
|||
min |
L × K ×10 |
3 |
|
|
|
|
|
hmin = ……………………………………………………………………………………………
Wp = ……………………………………………………………………………………………
Если по расчету получается, что hmin < 0 , то принимаем hmin = 0
5
Среднюю толщину срезаемой стружки определяют по формуле:
h = |
hmax + hmin |
, м |
(1.10) |
cp |
2 |
|
hcp = ……………………………………………………………………………………………
Длину пути набора грунта определяют по выражению:
lH |
= |
V × K1 |
, м |
(1.11) |
|
||||
|
|
L × hcp |
|
где К1- коэффициент потерь грунта при наборе; для связных грунтов (суглинок, глина) К1=1,2; для сыпучих (песок, супесь) К1=1,3…1,5.
lH = ……………………………………………………………………………………………
Время набора грунта определяют по выражению:
tH |
= |
lH × 3,6 |
, с |
(1.12) |
|
||||
|
|
vI × K3 |
|
где vI – скорость перемещения тягача при наборе на первой передаче, км/ч; К3=0,8 коэффициент замедления при трогании бульдозера с места.
tH = ……………………………………………………………………………………………
2.2.Груженый ход
Транспортирование грунта в призме волоком перед отвалом осуществляют в различных условиях (в данном расчете на подъем) при этом действуют сопротивления:
åWГХ = W1y + W2y , кН |
(1.13) |
где |
|
W y = G × ( f + i), кН |
(1.14) |
1 |
|
W1y - сопротивление перемещению бульдозера с учетом работы на подъем;
W1y = ……………………………………………………………………………………………
6
W2y = Vcp ×g × (m + i), кН |
(1.15) |
W2y - сопротивление перемещению призмы волочения при груженом ходе с учетом уклона и потерь грунта в боковые валки;
V = |
V + V1 |
, м3 |
(1.16) |
cp |
2 |
|
здесь Vcp – среднее значение объема призмы, м3
V = V × K |
n |
, м3 |
(1.17) |
1 |
|
|
V1 – объем призмы с учетом потерь, м3
Kn = 1- b × lГХ |
(1.18) |
здесь Kn - коэффициент потерь грунта при груженом ходе; b - коэффициент вида и состояния грунта; lГХ - длина пути груженого хода бульдозера, м.
Kn = ……………………………………………………………………………………………
V1 = ……………………………………………………………………………………………
Vcp = ……………………………………………………………………………………………
W2y = ……………………………………………………………………………………………
Суммарное сопротивление при груженом ходе должно быть меньше или равно силе тяги на крюке одной из передач трактора, обычно вторая FII или третья FIII передачи. В технической характеристике тягача указаны соответствующие им скорости - vI ,vII ,vIII ...и т.д. При этом должно соблюдаться условие:
Fкр ³ åWГХ |
(1.19) |
Силу тяги на крюке для тягача с гидродинамической трансмиссией (бесступенчатое изменение скорости), определяют по графику (рис 3).
В нашем случае выбираем ……………… передачу и скорость движения v = …………км/ч
Время груженого хода определяют по выражению:
tГХ |
= |
3,6 × lГХ |
, с |
(1.20) |
|
||||
|
|
v × K3 |
|
здесь v - скорость движения во время груженого хода на выбранной передаче (обычно на 2-й или 3-й передаче)
7
tГХ = ……………………………………………………………………………………………
2.3.Разгрузка грунта.
Разгрузка грунта осуществляется ровными слоями заданной толщины hp для последующего уплотнения грунта. Эта операция обычно осуществляется при скорости не более 5 км/ч, т.е. vp £ 5 км/ч. Начальные условия тяговых расчетов при разгрузке идентичны груженому ходу
на горизонтальном участке, без учета уклона, т.е. i =0. Путь и время разгрузки определяют по выражениям:
lp = |
|
V1 |
|
, |
|
м |
(1.21) |
|
L × hp |
||||||||
|
|
|
|
|
||||
t p = |
|
3,6lp |
|
, |
с |
(1.22) |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
vp × K3 |
|
|
lp = ……………………………………………………………………………………………
При выборе скорости разгрузки следует руководствоваться выражением 1.19, так как сопротивление в начальный момент разгрузки равно сопротивлению груженого хода. Не следует также забывать, что для обеспечения качественного ровного слоя грунта при разгрузке должно выполняться условие vp £ 5 км/ч.
В нашем случае выбираем ……………… передачу и скорость движения vp =…………км/ч
tp = ……………………………………………………………………………………………
2.4. Холостой ход
Холостой ход осуществляется для челночной схемы на задней передаче (для нашего случая это движение под уклон) на максимальной скорости тягача v3 x .
Путь lxx и время txx перемещения задним ходом определяют по выражениям:
lxx = lH + lГХ + lp , м |
(1.23) |
||||
txx = |
lxx |
× 3,6 |
, c |
(1.24) |
|
|
|
|
|||
|
v3 |
x |
× K3 |
|
|
|
|
|
|
|
lxx =……………………………………………………………………………………………
txx = ……………………………………………………………………………………………
8
3.Определение производительности
3.1.Эксплуатационная расчетная производительность
Эксплуатационную расчетную производительность бульдозера, как землеройнотранспортной машины цикличного действия определяют по выражению:
П |
|
= |
3600 |
|
×V × K |
|
× K |
|
×8,0 , м3/ч |
(2.1) |
||
Э |
|
|
y |
вр |
||||||||
|
|
tц |
× K p |
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где tц - время полного цикла, с; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Для челночной схемы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tц |
= tн + tГХ |
+ t р |
+ tхх + t0 |
+ пtп , с |
(2.2) |
где п – количество переключений передач; tn = 5 с, время одного переключения для машин с механической трансмиссией; t0 = 1 с, время опускания отвала.
рис.2. Челночная схема движения бульдозера
tц =……………………………………………………………………………………………
V1 - объем призмы волочения грунта в конце операции груженого хода, м3; К у - коэффициент, учитывающий уклон пути при транспортировании грунта (табл. 2.2); Квр =0,85 – коэффициент использования машины во времени в течении смены; К р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 2.2).
ПЭ = ……………………………………………………………………………………………
9
Таблица 2. Наименование принятых обозначений и их размерность
№ |
Обозначение в |
Наименование параметров |
Размерность |
|
п/п |
формулах |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Исходные параметры |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
G |
Вес бульдозера |
кН |
|
|
|
|
|
|
2 |
FI…N |
Сила тяги бульдозера на первой, второй и т.д. пере- |
кН |
|
дачах |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
3 |
N |
Мощность бульдозера |
кВт |
|
4 |
vI…N |
Скорости движения бульдозера на первой, второй и |
км/ч |
|
т.д. передачах |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
5 |
vз/х |
Скорость движения на задней передаче |
км/ч |
|
|
|
|
|
|
6 |
η=0,85 |
КПД тарнсмиссии бульдозера |
б/р |
|
|
|
|
|
|
7 |
L |
Длина отвала |
м |
|
|
|
|
|
|
8 |
H |
Высота отвала |
м |
|
|
|
|
|
|
9 |
α=55˚ |
Угол резания отвала ножем |
град |
|
|
|
|
|
|
10 |
tn=5c |
Время переключения одной передачи |
с |
|
|
|
|
|
|
11 |
t0=1c |
Время опускания отвала |
с |
|
|
|
|
|
|
12 |
Квр=0,85 |
коэффициент использования бульдозера по времени в |
б/р |
|
смену |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
13 |
Т=8,0 |
Продолжительность маш-смены |
час |
|
|
|
|
|
|
14 |
К3=0,8 |
Коэффициент замедления при трогании бульдозера с |
б/р |
|
места |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
15 |
γ |
Объемный вес плотного грунта |
кН/м3 |
|
16 |
Кр |
Удельное сопротивление грунта резанию |
МПа |
|
|
|
|
|
|
17 |
μ |
Коэффициент трения грунта о грунт |
б/р |
|
18 |
μ1 |
То же грунта о сталь |
б/р |
|
19 |
f |
Удельное сопротивление бульдозера движению |
б/р |
|
|
|
|
|
|
20 |
φ |
Коэффициент сцепления гусениц бульдозера с грун- |
б/р |
|
том |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
21 |
β |
Коэффициент вида и состояния грунта |
б/р |
|
|
|
|
|
|
22 |
Кр |
Коэффициент разрыхления грунта |
б/р |
|
|
|
|
|
|
23 |
φе |
Угол естественного откоса грунта в движении |
град |
|
|
|
|
|
|
24 |
i |
Уклон пути груженого хода |
б/р |
|
|
|
|
|
|
25 |
lГХ |
Длина пути груженого хода |
м |
|
|
|
|
|
|
26 |
K1 |
Коэффициент потерь грунта при наборе |
б/р |
|
|
|
|
|
|
27 |
Kn |
Коэффициент потерь грунта из призмы волочения |
б/р |
|
при груженом ходе |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
28 |
Ky |
Коэффициент уклона пути при транспортировании |
б/р |
|
грунта |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
29 |
hp=0,15 |
Толщина разгружаемого слоя грунта |
м |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчитываемые параметры |
|
|
|
|
|
|
|
31 |
Рсц |
Сила тяги бульдозера по сцеплению |
кН |
|
|
|
|
|
|
32 |
V |
Объем призмы волочения |
м3 |
10