Кафедра Строительные и дорожные машины

резания грунта бульдозером

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.
Также бульдозер применяется при разработке россыпей, на отвалах, при рекультивации, в качестве вспомогательной машины на карьерах. Кроме того, бульдозер используют при строительстве и ремонте дорог, а также как толкач (например, при заполнении самоходных и прицепных скреперов).
Цель работы: рассчитать максимальную силу резания P грунта ножом бульдозера при отделении стружки заданной толщины.
Содержание работы
1. - Для расчета необходимо вычертить схемы положения отвала с обозначением размеров среза (рис. 1); приложения среднемаксимальных сил резания (рис. 2);
Выбирая формулу для расчета, следует иметь в виду, что режущая часть отвала бульдозера - простой нож, отделяющий стружку.
Поэтому расчет ведут по формуле:

2

использовать формулу ориентировочного определения силы резания, которая для простого ножа

с затупленной режущей кромкой приобретает вид:


В вышеуказанных формулах
Pсв – сила, возникающая при срезе грунта в центре отвала, кН;
-Pбок – сила, возникающая в боковых расширениях среза грунта, кН;
Pбок. ср. – боковая сила, возникающая при срезе на заданную глубину, кН;
Pзат. – усилие, возникающее на режущей кромке ножа (на всю длину и высоту срезки грунта), кН.
Найдём каждое из усилий:
-Pсв = mсв×Fсв×φ, где Fсв = L×h – площадь центральной части среза;
-Pбок = mсв×Fбок×ηбок, где - площадь боковых расширений среза; При боковом срезе k подбираем по табл. 1.5.
-Pбок.ср. = mсв×Lбок.ср×ηбок.ср, где - длина среза боковыми ребрами ножа;
Pзат. = mсв×Lзат.×ηзат.×h, где - длина затупленной режущей кромки (т.е. длина отвала).
Таким образом, формула имеет вид: 

в соответствии с величиной угла резания  (табл. 1.2).
Числовые значения

коэффициентов бок и бок.ср принимаем:
-для грунтов 1-й и 2-й категории – 0,36 и 13,7;
-для грунтов 3-й и 4-й категории – 0,52 и 76,0 соответственно
Значение коэффициента зат определяем по табл. 1.3 в соответствии с радиусом затупления ножа R по заданию.

Рис. 1. Схема положения отвала
и размеры среза

Рис. 2. Схема приложения силы резания

Таблица 1.1. Коэффициент влияния угла резания

1.3 нужной толщины среза h, величину зат/R определяем, применив линейную

интерполяцию (см. рис. 3).

К определению коэффициента,
характеризующего влияние затупления
режущей кромки

Порядок выполнения работы
Вычертить расчетные

схемы (рис. 1, 2). На схемах указать размеры и величины по заданию (табл. 1.4).
Написать общую расчетную формулу с объяснением составляющих ее величин.
Определить числовые значения величин, входящих в расчетную формулу.
Вычислить среднемаксимальную силу резания Р.
Законченная работа с приложением необходимых схем сдается преподавателю. (Если полученное усилие резания Р больше тягового усилия бульдозера T1 на 1-й передаче (P>T1), определить возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (T1=P)).

ножом бульдозера ДЗ-27С при отделении стружки толщиной h =

12 см на глине (грунт 3-й категории), крепость которой составляет mсв = 11 Н/см2. Режущая кромка ножа затуплена с радиусом R = 2 мм.

Согласно технической характеристике бульдозера ДЗ-27С (табл. 1.2) ширина среза (длина отвала) L=3200 мм, а угол резания принимаем  = 55º.
Значение коэффициента влияния угла резания  при угле резания  =550 равно 1,7 (табл. 1.1).
Для грунта 3-й категории (глина) коэффициент бок принимаем равным 0,52; а коэффициент бок.ср = 76,0
Значение коэффициента зат (влияние затупления режущей кромки) определяем по табл. 1.3. Для R = 2 мм и h = 12 см величина отношения зат/R не определена, поэтому используем линейную интерполяцию.
Из табл. 1.3 известны величины зат/R для «соседних» (по сравнению с заданной) h = 10 см и h = 15 см - 0,072 и 0,061 соответственно (см. график на рис. 3)

Рис. 3. К определению зат для заданной толщины среза

более точный результат дает аналитический способ.
При изменении толщины среза h

на 1 см соответствующее изменение отношения зат/R будет равно:


Теперь для того, чтобы определить зат/R для h = 12 см, запишем:
(интерполяция слева, т.е.
от значения , соответствующего толщине среза 10 см), или
(интерполяция справа). Результат, как и следовало ожидать, одинаков, т.е. .
Теперь определяем коэффициент :

Коэффициент kбок по табл. 1.5 принимаем равным 0,85, а угол  =36°.

Таблица 1.5. Характеристика зоны разрушения грунта

параметров в расчетную формулу (1.4), получим (с округлением до целых):

При этом составляющие будут равны:






Из расчета следует, что при заданных размерах среза, соответствующих бульдозеру ДЗ-27С, основная часть сопротивления приходится на лобовое сопротивление Pсв и сопротивление от затупления ножа Pзат, а резание грунта может быть выполнено только на 1-й передаче базового трактора.

10

;

;

;

;

;

больше тягового усилия бульдозера T1 на 1-й передаче. Обычно это

происходит, когда толщина среза завышена для применяемого бульдозера, или разрабатывается слишком тяжелый грунт. Нормальная работа бульдозера с заданной толщиной среза h в этом случае невозможна, и приходится решать обратную задачу, т.е. определять возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (P = T1).
Расчетное усилие резания грунта P = 81,350 кН не превышает тяговое усилие бульдозера на 1-й передаче (T1 = 100 кН).
Для определения возможной толщины среза h подставляем в расчетную формулу все значения всех величин, кроме h.

после подстановки T1 получим:

Полученное квадратное уравнение решаем относительно неизвестной h:

показывает, что смысл имеет только второй корень, т.е. возможная толщина

среза h при заданных условиях может составить примерно 16,5 см.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите методы расчета сил резания.
2. Какие величины входят в расчетные формулы определения сил резания?
3. Какое влияние оказывает затупление и износ ножей отвала на силу резания?
4. Какое влияние оказывает угол резания на сопротивление?
5. Что такое лобовое сопротивление резанию?
6. Что означает если полученное усилие резания больше тягового усилия бульдозера на 1-й передаче?
7. Как определить возможную толщину среза грунта?
8. Какая составляющая в суммарной силе резания наибольшая?