Кафедра «Строительные и дорожные машины» Определение производительности бульдозера при разработке и перемещении грунта Старший преподаватель Сычугов С. В.
Бульдозер - самоходная землеройная машина, представляющая собой гусеничный или колёсный трактор, тягач 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. Рис. 2. 1. Навесное оборудование бульдозера 2
Производительность бульдозера П, м 3/ч, при разработке и перемещении грунта: где: 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 = t 1+t 2+t 3+t 4 - продолжительность цикла, с; t 1 = l 1/v 1 - время резания грунта, с; l 1 - длина пути резания, м (обычно 6… 15 м); v 1 - скорость движения трактора при резании грунта, м/с; t 2 = l 2/v 2 - время перемещения грунта, м; l 2 - путь перемещения грунта, м; v 2 - скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с; t 3 = (l 1+l 2)/v 3 - время обратного хода трактора, с; v 3 - скорость движения при обратном ходе трактора, м/с; t 4 - 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). 3
Усилие, которое преодолевает трактор при работе с бульдозером определяем по формуле: где W 1 - сопротивление грунта резанию, к. Н; W 2 - сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала, к. Н; W 3 - сопротивление трению грунта по отвалу, к. Н; W 4 – сопротивление движению бульдозера с трактором, к. Н; • Определим каждое из усилий: • W 1 = 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); • W 2 = 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); • W 3 = 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); • W 4 = 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). 4
• Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звёздочки) и больше общего сопротивления передвижению. • Тяговое усилие, развиваемое трактором: где Nдв - мощность двигателя, к. Вт; 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 l 1 - длина пути резания, м; b - ширина резания, м; с – расчётная глубина резания (толщина стружки грунта), м. 5
Порядок выполнения работы Определить производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта. Исходные данные принять по таблицам 1 и 2. Таблица 1. Исходные данные № вар. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 b, м h, м L, м m, кг α, ° 2 2, 60 3, 20 4, 50 3, 64 3, 20 4, 00 4, 30 4, 50 2, 50 3, 30 4, 40 3, 50 3, 30 3, 80 4, 20 4, 40 2, 40 3, 40 4, 35 3, 40 3 0, 90 1, 30 1, 55 1, 23 1, 20 1, 35 1, 40 1, 60 0, 80 1, 30 1, 50 1, 20 1, 30 1, 50 0, 80 1, 35 1, 45 1, 25 4 30 40 50 40 20 20 50 45 40 30 50 20 40 60 25 35 45 55 30 40 5 9640 16460 30680 19600 14000 22100 33250 45500 9500 17000 29500 19000 15000 21000 33000 44600 9600 17500 28000 18600 6 90 Марка трактора 7 Т-4 А Т-130 ДЭТ-250 Т-180 Т-100 М Т-220 Т-330 Т-500 Т-4 А Т-130 ДЭТ-250 Т-180 γ, кг/м³ 8 1600 1700 1900 1800 1900 2000 1800 1600 1700 1900 1800 1800 1900 2000 Разрабатываемый грунт 9 Песок сухой Суглинок Глина Суглинок плотный Песок влажный Глина Плотный суглинок Тяжёлая глина Суглинок плотный Песок влажный Песок сухой Суглинок Глина Суглинок плотный Песок влажный Плотный суглинок Тяжёлая глина i, уклон, в тыс. долях 10 -6 2 3 -5 -4 -10 10 15 -3 3 7 -8 -9 7 5 -11 12 -14 1 0 6
Таблица 2. Основные параметры гусеничных тракторов Показатель ДТ-75 1 2 Марка СМД-14 двигателя Мощность 55 двигателя, к. Вт Тяговый класс 3 Т-75 3 Т-180 ДЭТ-250 Т-220 7 6 7 Д-75 А-01 М Д-10 Д-160 Д-180 55 100 74 118 130 3 4 3, 47; 4, 03; 4, 66; 5, 20; 6, 35; 7, 37; 8, 53; 9, 52 10 Скорость 5; 5, 58; движения 6, 21; 2, 14 – вперёд, км/ч 10, 6 6, 90; (на каждой из 7, 67; ступеней) Скорость движения назад, км/ч (на каждой из ступеней) Габариты, мм: - длина - ширина - высота Масса трактора, т Т-4 А Т-100 М Т-130 4 5 6 2, 36; 3, 78; 4, 50; 6, 45; 10, 15 Т-330 Т-500 8 9 8 ДВТ- 12 ДВТВ-ЗОВ ДВ-220 330 500 220 160 240 370 10 15 25 35 3, 70; Рабочая 4, 40; 2, 30 – 2, 86; 5, 13; 15, 06 0 – 6, 10; Транспо 0 – 16, 40 6, 90; 16, 20 7, 44; ртирую 17, 60 9, 46; 8, 87; щая 13, 09 10, 27; 3, 50 - 12, 20 24, 5 3, 42 – 4, 28 1, 76 – 5, 86 4, 69; 5, 47; 6, 34; 7, 04 2, 79; 4, 46; 5, 34; 7, 61 3, 56; 4, 96; 7, 16; 9, 90 3, 21 – 8, 19 То же 0 – 0 – 13, 70 14, 60 13, 50 3075 1740 2273 3600 1860 2300 4475 1952 2568 4313 2460 3059 4390 2475 3080 5800 2740 2800 6236 3160 3180 5180 2795 3020 5515 2950 3130 7870 3150 3385 5, 26 5, 90 8, 00 12, 10 14, 00 14, 35 25, 00 17, 00 25, 00 35, 00 7
Таблица 3. Значения удельных сопротивлений грунта резанию и копанию, МПа Наименование грунта Категория грунта Песок рыхлый, сухой Песок влажный Суглинок, средний и мелкий гравий, легкая глина Глина, плотный суглинок Тяжёлая глина, сланцы, суглинок со щебенем, гравием Сцементировавшийся строительный мусор, взорванная скальная порода I I Объёмная Коэффициент Удельное сопротивление грунта масса в разрыхления резанию Нож бульдозера Нож скрепера плотном теле, кг/м³ 1200 – 1600 1, 05 – 1, 10 0, 01 – 0, 03 0, 02 – 0, 04 1400 – 1800 1, 10 – 1, 20 0, 02 – 0, 04 0, 05 – 0, 10 II 1500 – 1800 1, 15 – 1, 25 0, 06 – 0, 08 0, 09 – 0, 18 III 1600 – 1900 1, 20 – 1, 30 0, 10 – 0, 16 – 0, 30 IV 1900 – 2000 1, 25 – 1, 30 0, 15 – 0, 25 0, 30 – 0, 40 V 1900 – 2200 1, 30 – 1, 40 0, 20 – 0, 40 - • Расчёт начинаем с определения тягового усилия, развиваемого трактором при Nдв=118 к. Вт; 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 m. Т - масса трактора, кг (таблица 1); φ - коэффициент сцепления. 8
• В связи с тем, что условие выполняется – трактор 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: 9
• Подсчитаем значение расчётной глубины резания сн в начале копания: ; ; ; ; • Подсчитаем значение расчётной глубины резания ск в конце копания. Учитываем, что кроме усилия W 4 будут действовать W 1; W 2; W 3, 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 v 1 = 3, 70 км/ч (на 1 передаче), движения трактора при перемещении грунта v 2 = 3, 70 км/ч (на 1 передаче), движение трактора задним ходом v 3 = 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 (l 2=L, таблица 1, колонка 4): 10
• Продолжительность движения трактора задним ходом: • Дополнительное время, затраченное на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t 4 = 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? 11
Скачать презентацию Кафедра Строительные и дорожные машины Определение производительности бульдозера
СМОИ (лекция 7).pptx