Кафедра Строительные и дорожные машины

бульдозера при разработке и перемещении грунта

с навесным рабочим органом - криволинейным в сечении отвалом (щитом), расположенным

вне базы ходовой части машины. Служит для послойного копания, планировки и перемещения (на расстояние 10 - 200 метров) грунтов, полезных ископаемых, дорожно-строительных и других материалов при строительстве и ремонте дорог, каналов, гидротехнических и тому подобных сооружений.
Цель работы: определить производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта с учетом тягово-сцепных характеристик гусеничного трактора.
Содержание работы
На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис.1) могут быть установлены бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2 и 4.

2

Рис. 2.1. Навесное оборудование бульдозера

а = h/tgφ - ширина призмы грунта впереди отвала, м;

b, h - длина и высота отвала, м;
φ - угол естественного откоса грунта в движении, град;
ψ - коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным:
ψ = 1-0,005×L;
L – дальность перемещения грунта, м;
tц = t1+t2+t3+t4 - продолжительность цикла, с;
t1 = l1/v1 - время резания грунта, с;
l1 - длина пути резания, м (обычно 6…15 м);
v1 - скорость движения трактора при резании грунта, м/с;
t2 = l2/v2 - время перемещения грунта, м;
l2 - путь перемещения грунта, м;
v2 - скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с;
t3 = (l1+l2)/v3 - время обратного хода трактора, с;
v3 - скорость движения при обратном ходе трактора, м/с;
t4 - дополнительное время (в него входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъём и опускание отвала - 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др);
kp – коэффициент разрыхления грунта – отношение объёма рыхлого грунта к объёму того же грунта в плотном теле (1,12 – для песчаных грунтов; 1,22 – для суглинистых; 1,3 – для глинистых грунтов).

формуле:

где W1 - сопротивление грунта резанию, кН; W2 - сопротивление

волочению призмы грунта впереди отвала, кН; W3 - сопротивление трению грунта по отвалу, кН; W4 – сопротивление движению бульдозера с трактором, кН;
Определим каждое из усилий:
W1 = b×sinα×c×k, где b - длина отвала, м; k - коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров (см. таблицу 3, колонка 5); с - толщина срезаемого слоя, м; α - угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град (см. таблицу 1 – исходные данные, колонка 6);
W2 = 0,5×h×(h/tgφ)×b×sinα×γ×g×(μ ± i), где φ - угол внутреннего трения грунта (40-45°); γ – плотность грунта, кг/м³; h - высота отвала, м; b - длина отвала, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; μ - коэффициент трения по грунту (0,4…0,8, причём меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов); i - уклон пути, в тыс. долях (см. таблицу 1 - исходные данные, колонка 9);
W3 = 0,5×h²×b×γ×cos²δ×μ’×g, где δ - угол резания, град (50…55°); μ’ - коэффициент трения грунта по стали (0,7…0,8 для глины, 0,5…0,6 для суглинка и супеси, 0,35…0,5 для песка);
W4 = G×(ωo ± i), где G = m×g - вес бульдозера с трактором, Н (m подбираем из таблицы 2); ωo – удельное сопротивление движению (0,15-0,12, меньшее для плотных грунтов).

сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса

(звёздочки) и больше общего сопротивления передвижению.
Тяговое усилие, развиваемое трактором:


где Nдв - мощность двигателя, кВт; ηм – КПД трансмиссии, принимаемое 0,8;
v – скорость движения бульдозера вперёд (таблица 2), км/ч (для перевода в м/с умножаем числитель на 1000 и делим на 3600).
Сила тяги по сцеплению при движении бульдозера по плотному грунту:

где Gсц - сцепной вес машины, Gсц = g×mт, Н; φ - коэффициент сцепления (для суглинка и глины (влажных) 0,2-0,4, (сухих) – 0,5-0,6; для песка и супесей (влажных) – 0,6-0,7, (сухих) – 0,8-0,9);
Для движения без пробуксовывания должно выполняться условие:

В случае невыполнения условия в величине TN необходимо повысить скорость передвижения - v, м/с.
Определяем объём грунта в призме обрушения по формуле:


где l1 - длина пути резания, м; b - ширина резания, м; с – расчётная глубина резания (толщина стружки грунта), м.

и перемещении грунта. Исходные данные принять по таблицам 1 и

2.

Расчёт начинаем с определения тягового усилия, развиваемого трактором при Nдв=118

кВт; η=0,8 и скорости v=3,7 км/ч = (3,7×1000)/3600 = 1,03 м/с (на базе трактора Т-130) TN:


Сила тяги Тсц определим по формуле:

где mТ - масса трактора, кг (таблица 1); φ - коэффициент сцепления.

не пробуксовывает, нет нобходимости увеличить скорость с 3,70 км/ч до

4,40 км/ч (1,22 м/с):

Определим сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при φ = 40 °; α = 90 °; μ = 0,4 по формуле:




Сопротивление от трения грунта по отвалу определим по формуле:

Сопротивление движению бульдозера определим по формуле:


Для определения свободной силы тяги (запас по тяговому усилию необходимому для среза грунта) по сцепному весу:

Для определения свободной силы тяги (запас по тяговому усилию необходимому для среза грунта) по мощности:

В начале копания всё, тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, свободная сила тяги равна:

Подсчитаем значение расчётной глубины резания ск в конце копания. Учитываем,

что кроме усилия W4 будут действовать W1; W2; W3, тем самым остаточное тяговое усилие для срезки будет равно:


Средняя толщина срезаемого слоя будет равна:
При этом длина участка набора грунта:


Выбираем скорости движения на участках: резания грунта v1 = 3,70 км/ч (на 1 передаче), движения трактора при перемещении грунта v2 = 3,70 км/ч (на 1 передаче), движение трактора задним ходом v3 = vmax = 12,20 км/ч (на 8 передаче для экономии времени работы и повышения производительности);
Продолжительность цикла при резании грунта составит:


Продолжительность цикла при транспортировании и срезе грунта составит (l2=L, таблица 1, колонка 4):

10

;

;

;

;

скоростей, разгрузку и распределение грунта t4 = 30 c;
Продолжительность всего

цикла (сумма всего затраченного времени):


Находим число циклов за один час работы:
Коэффициент, учитывающий потери грунта:

Производительность бульдозера с учётом целого цикла работы:

Контрольные вопросы:

1. Как определяется производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта?
2. Что такое призма волочения? Её основные размеры?
3. Что такое коэффициент разрыхления грунта? От чего он зависит?
4. Из каких сопротивлений состоит усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером?
5. Что представляет условие движение без буксования?
6. Как можно определить расчётную глубину резания (толщина стружки грунта)?
7. Из каких элементов состоит рабочий цикл бульдозера? Как определяется продолжительность элементов цикла?
8. Каким образом учитываются потери грунта при перемещении бульдозером?