Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие
.pdf6.2 Производительность бульдозера.
Производительность бульдозера при резании и перемещении
грунта определяется по формуле |
|
|
П |
3600Vф К укл |
(6.1) |
Т ц |
|
|
|
|
где Vф - фактический объем грунта (в плотном теле) перед отвалом, м3;
ВН 2 |
(6.2) |
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)
|
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
|
Отношение Н/В |
0,15 |
0,3 |
0,35 |
0,40 |
0,45 |
|
Для связных грунтов |
0,17 |
0,80 |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
|
Для несвязных грунтов |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
1,30 |
1,50 |
|
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;
К р |
V |
(6.3) |
V р |
|
|
|
|
Значения коэффициентов разрыхления грунта в зависимости от категории грунта следующие:
Категория грунта |
1 |
11 |
111 |
1V |
V и V1 |
Кр |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
1,33 |
1,43 |
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
Угол подъема, град |
Кукл |
Угол спуска, град |
Кукл |
0-5 |
1,00-0,67 |
0-5 |
1,00-1,33 |
5-10 |
0,67-0,50 |
5-10 |
1,33-1,94 |
10-15 |
0,50-0,40 |
10-15 |
1,94-2,25 |
|
|
15-20 |
2,25-2,68 |
Длительность цикла, с; |
|
Тц=tр+tп+tох+tс+tо, |
(6.4) |
где tр - время необходимое для формирования призмы волочения, с;
t р |
|
l р ; |
(6.5) |
|
|
|
|
||
v1 |
|
|||
|
|
|
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
расстояние, с; |
|
|
|
|
tп |
|
lп ; |
(6.6) |
|
v2 |
|
|
||
|
|
|
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
буксования движителей); |
|
||
tох - время обратного холостого хода бульдозера, с; |
|
||
tох |
l р lп ; |
(6.7) |
|
v3 |
|
|
|
|
|
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:
Fк.сц mб g km сц , |
(6.8) |
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 -
|
|
|
|
Таблица 6.3 |
|
Категория грунта |
I |
II |
III |
IV |
|
|
|
|
|
|
|
рт, Н/см |
До 150 |
200 – 300 |
400 – 550 |
Более 600 |
|
|
|
|
|
|
|
рв, МПа |
До 1,0 |
1,2 – 2.0 |
2,5 – 3.5 |
Более 3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.4 |
Параметры |
|
|
Отвалы |
|
|
|
|
|
|
неповоротный |
поворотный |
||
δ, град |
|
|
55 |
|
50 |
– 55 |
ε, град |
|
|
75 |
|
75 |
|
β, град |
|
|
70 |
– 75 |
60 |
– 75 |
βк, град |
|
|
90 |
– 100 |
90 |
– 100 |
Радиус |
кривой |
части |
R≈H |
R=(0,8 – 0.9)H |
||
отвальной поверхности |
|
|
|
|
||
Длина прямой части внизу |
По ширине ножей |
|
|
|||
отвальной поверхности |
|
|
|
|
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
H |
н |
230 3 F 0,5 F |
(6.9) |
|||
|
н |
н ; |
||||
для поворотного отвала |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
н |
210 3 F |
0,5 F |
(6.10) |
||
|
|
|
н |
н , |
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:
R H |
sin( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin [1 sin( |
)] |
|
||
|
|
|||
|
|
2 . |
(6.11) |
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
n |
|
Р i . |
(6.12) |
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:
n |
|
, |
(6.13) |
i 1 2 |
3 4 |
||
i 1 |
|
|
|
где 1 – сопротивление грунта резанию, кгс |
|
||
1=k F0; |
|
|
(6.14) |
где k – удельное сопротивление грунта лобовому резанию, кгс/м2; |
|||
среднее значение для грунта I категории принимается равным до 7000 |
|||
кгс/м2, (70 кПа), для II категории – до 11000 кгс/м2 (110 кПа), для III |
|||
категории – до 1700 кгс/м2 (170 кПа); |
|
|
|
F0 – площадь сечения стружки, которая может быть определена из |
|||
условия технологического режима машины: |
|
|
|
F0=hсп b0; |
|
|
(6.15) |
hсп - средняя глубина резания |
(толщина срезаемого |
слоя), м |
|
(принимается самостоятельно); |
|
|
|
b0 - ширина срезаемого слоя грунта, м; |
|
|
|
2 - сопротивление перемещению призмы; |
|
|
|
2=Gпр ( i); |
|
|
(6.16) |
Gпр - масса призмы волочения, определяемая из условий заполнения |
|||
отвала грунтом; |
|
|
|
Gпр=Vф |
|
|
(6.17) |
- 115 - |
|
|
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);
i=tg |
(6.18) |
- угол наклона пути к горизонту, град, принимаемый со знаком “минус” при движении под уклон;
3 - сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу; |
|
3=Gпрcos2 1; |
(6.19) |
- 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;
4 = G (f i) |
(6.20) |
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.
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.5 |
||
|
|
Исходные данные для расчета |
|
|
|
|||
|
Тип грунта |
Марка |
Ширин |
Высота |
Глубина |
Уклон |
|
|
|
|
трактора |
а |
отвала, |
резания, |
местнос |
|
|
ари |
|
|
отвала, |
м, Но |
м, h |
ти i |
|
|
|
|
м Во |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Песок сухой |
ДТ-75 |
2,5 |
0,8 |
0,12 |
+0,03 |
|
|
2 |
Песок влажный |
Т-74 |
2,6 |
0,9 |
0,12 |
+0,04 |
|
|
3 |
Супесь |
Т-4А |
2,6 |
0,95 |
0,14 |
+0,02 |
|
|
4 |
Суглинок |
100м |
3,2 |
1,1 |
0,16 |
+0,01 |
|
|
5 |
Суглинок |
Т-130 |
4,0 |
0,85 |
0,15 |
+0,03 |
|
|
плотный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Глина |
Т-180 |
4,4 |
1,2 |
0,15 |
+0,02 |
|
|
7 |
Глина тяжелая |
ДЭТ-250 |
4,6 |
1,4 |
0,16 |
+0,03 |
|
|
8 |
Суглинок |
Т-220 |
3,5 |
1,1 |
0,2 |
+0,01 |
|
|
средний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
Суглинок |
Т-330 |
4,6 |
1,45 |
0,15 |
+0,03 |
|
|
плотный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Глина |
Т-500 |
4,0 |
0,9 |
0,143 |
+0,02 |
|
|
11 |
Супесь |
Т-180М |
4,2 |
1,4 |
0,14 |
+0,03 |
|
|
12 |
Песок влажный |
Т- |
2,8 |
0,95 |
0,13 |
+0,02 |
|
|
|
100МГП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
Песок сухой |
ДТ-75 |
2,6 |
0,85 |
0,15 |
+0,02 |
|
|
14 |
Суглинок |
Т-4А |
2,8 |
0,90 |
0,135 |
+0,03 |
|
|
15 |
Супесь |
Т-130 |
3,8 |
0,90 |
0,13 |
+0,02 |
|
|
16 |
Суглинок |
Т-180 |
4,2 |
1,0 |
0,14 |
+0,02 |
|
|
плотный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
Глина |
ДЭТ-250 |
4,4 |
1,25 |
0,14 |
+0,03 |
|
|
18 |
Глина тяжелая |
Т-330 |
4,8 |
1,1 |
0,13 |
+0,02 |
|
|
19 |
Суглинок |
Т-500 |
5,0 |
0,85 |
0,13 |
+0,03 |
|
|
плотный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
Супесь |
Т-100 |
3,0 |
1,0 |
0,12 |
+0,04 |
|
|
|
МГП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 117 - |
|
|
|
|
|
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 -
Сопротивление грунта резанию |
|
W1 = kр· Во·h, |
Н, |
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.
|
|
|
|
|
Таблица 6.6 |
Характеристика грунтов |
|
|
|
||
Параметр |
Категория |
Объемный |
Коэффициент |
Удельный |
|
|
грунта |
вес |
разрыхления |
коэффициент |
|
|
|
грунта, |
грунта. |
сопротивления |
|
Тип грунта |
|
кг/м3 |
kразр |
резанию, МПа |
|
|
|
γ0 |
|
|
kр |
|
|
|
|
|
|
Песок сухой |
1 |
1200 ÷ 1600 |
1,05 |
÷ 1,10 |
0,02 ÷ 0,04 |
Песок |
1 |
1400 ÷ 1800 |
1,10 |
÷ 1,2 |
0,025 ÷ 0,05 |
влажный |
|
|
|
|
|
Супесь |
2 |
1500 ÷ 1800 |
1,15 |
÷ 1,25 |
0,05 ÷ 0,07 |
Суглинок |
2 |
1500 ÷ 1800 |
1,20 |
÷ 1,30 |
0,06 ÷ 0,08 |
Суглинок |
2 |
1600 ÷ 1900 |
1,25 |
÷ 1,35 |
0,08 ÷ 0,10 |
средний |
|
|
|
|
|
Суглинок |
3 |
1600 ÷ 1900 |
1,30 |
÷ 1,40 |
0,10 ÷ 0,15 |
плотный |
|
|
|
|
|
Глина |
3 |
1700 ÷ 2000 |
1,30 |
÷ 1,40 |
0,15 ÷ 0,25 |
Глина |
4 |
1900 ÷ 2200 |
1,35 |
÷ 1,45 |
0,20 ÷ 0,40 |
тяжелая |
|
|
|
|
|
Объем грунта находящегося перед отвалом |
|
|
|||
Vпр = Во·Но2/2 tgε, м3, |
|
|
|
|
|
где Во и Но – размеры отвала бульдозера, м; |
|
|
|||
|
|
- 119 - |
|
|
|