4 Методика тягового расчета землеройно-транспортных машин

4.1 Тяговый расчет бульдозера

Исходные данные для тягового расчета бульдозера принимаются по таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Исходные данные для тягового расчета бульдозера

Название	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Марка бульдозера	ДЗ- 42	ДЗ- 101	ДЗ- 17	ДЗ- 27С	ДЗ- 53	ДЗ- 60	ДЗ- 34С	ДЗ- 59	ДЗ- 43	ДЗ-64
Тип отвала	Неповоротный	Неповоротный	Поворотный	Неповоротный	Неповоротный	Поворотный	Неповоротный	Неповоротный	Поворотный	Поворотный
Длина пути резания, м	5	6	7	8	9	8	7	6	5	6
Длина пути перемещения, м	60	50	70	80	90	85	75	55	65	60
Тип грунта	I	II	III	III	II	II	I	II	III	I
Длина планируемого участка, м	100	80	100	90	95	85	90	100	75	80
Угол установки отвала в плане, град	90	90	63	90	90	63	90	90	63	63
Количество проходов по одному следу	1	2	3	1	2	3	1	2	3	2

Последовательность выполнения тягового расчета бульдозера:

1. определить отдельные сопротивления, возникающие в процессе работы;

2. определить суммарное сопротивление, возникающее на заключительной стадии цикла;

3. найти потребную мощность двигателя базового трактора;

4. сделать вывод о соответствии мощности двигателя трактора и мощности, потребной при работе в заданных условиях;

5. при дефиците мощности двигателя базового трактора принять меньшую величину заглубления и произвести перерасчет;

6. определить производительность бульдозера.

Тяговый расчет бульдозера предусматривает определение прикладываемых усилий, необходимых для преодоления возникающих в процессе работы сопротивлений.

Рассмотрим методику тягового расчета применительно к наиболее распространенному способу работы – лобовому толканию грунта при бестраншейном способе работ.

Объем призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта:

где L – ширина отвала бульдозера, м;

H – высота отвала с учетом козырька, м;

k_ПР – коэффициент, зависящий от характера грунта (связанности, коэффициента рыхления и отношения H/L).

Значения коэффициента k_ПР получены в результате обработки экспериментальных данных по производительности бульдозеров и приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Значения коэффициента k_пр в зависимости от отношения H/L и вида грунта

Категория грунта	Отношение H/L
	0,15	0,3	0,35	0,40	0,45
Связные грунты I–II категории	0,75	0,78	085	0,90	0,85
Несвязные грунты	1,15	1,20	1,20	1,30	1,5

При транспортировании призмы волочения часть ее теряется в боковые валики, поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину h₁ для срезания стружки, восполняющей потери грунта в боковые валики. Потери грунта в боковые валики на 1 м пути могут быть оценены коэффициентом k_п:

. (4.2)

Коэффициент k_п зависит от свойств грунта:

- для связных грунтов - k_{п =} 0,025…0,032;

- для несвязных грунтов - k_{п =} 0,06…0,07.

Величина заглубления:

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной площадке возникают следующие сопротивления:

W_рез – сопротивление резанию грунта отвалом;

W_пр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом;

W_сопр – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу;

W_дв – сопротивление движению бульдозера.

Общее сопротивление движению бульдозера:

. (4.4)

Сопротивление резанию грунта отвалом:

- для бульдозеров с неповоротным отвалом:

; (4.5)

- для бульдозеров с поворотным отвалом:

; (4.6)

где k – удельное сопротивление грунта резанию, кН/ м²;

h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта, м;

φ – угол установки отвала бульдозера в плане.

Средние значения k при угле резания δ = 45…60º составляют приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Значения удельного сопротивления грунта резанию

Категория грунта	I	II	III
Значения k	70	110	170

Сопротивление перемещению призмы волочения:

- для бульдозеров с неповоротным отвалом:

; (4.7)

- для бульдозеров с поворотным отвалом:

; (4.8)

где – удельный вес грунта в плотном теле, кН/м³;

– коэффициент трения грунта по грунту;

– сила тяжести призмы волочения, кН;

Значения коэффициента :

- для связных грунтов = 0,5;

- для несвязных грунтов = 0,7…1,0.

Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу:

- для бульдозеров с неповоротным отвалом:

(4.9)

- для бульдозеров с поворотным отвалом:

(4.10)

где δ – угол резания;

µ_ст – коэффициент трения грунта по металлу:

Значения коэффициента :

- песок и супесь = 0,35;

- средний суглинок = 0,50;

- тяжелый суглинок = 0,80.

Сопротивление перемещению бульдозера:

, (4.11)

где G – сила тяжести трактора и бульдозера, кН;

f - коэффициент сопротивления перемещению трактора с бульдозером (f=0,1…0,12).

Исходя из заданных условий определяется потребная мощность двигателя для базового трактора:

где – скорость движения трактора, км/ч ( = 1,0…1,5 км/ч);

η – к.п.д. силовой передачи трактора.

Коэффициент использования мощности двигателя из выражения:

(4.13)

где N_е – номинальная мощность двигателя машины, кВт.

Номинальное тяговое усилие трактора по сцеплению:

. (4.14)

Производительность бульдозера.

1. Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта, м³/ч:

где k_в – коэффициент использования бульдозера по времени (k_в = 0,80…0,85);

T_ц – длительность цикла, ч.

Длительность цикла определяется следующим образом:

где l_p – длина пути резания, м;

l_{п – длина пути перемещения грунта, м;}

ν₁ – скорость движения трактора при резании, м/с;

ν₂ – скорость движения трактора при перемещении грунт, м/с;

ν₃ – скорость обратного холостого движения трактора, м/с;

t₀ – время на опускание отвала, с (t₀ = 1…2 с);

t_с – время на переключение передач, с (t_с = 4…5 с).

При планировочных работах производительность, м³/ч, определяется по следующей формуле:

где l – длина планируемого участка, м;

L – длина отвала, м;

φ – угол установки отвала в плане, град.;

t_п – время поворота, с (t_{п =} 5…6 с);

n – число проходов по планируемому участку.