Физическое моделирование рабочих процессов землеройных машин

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН

Коэффициенты перехода от модели к натурному образцу

При совершенствовании рабочего оборудования выпускаемых машин и разработке новых машин требуется экспериментальная проверка новых технических решений и их оптимизация. Экспериментальная проверка требует изготовления машины с этим усовершенствованием и доводка его до серийного уровня. Изготовление рабочего оборудования усовершенствованной конструкции на заводе требует достаточно значительных расходов, как при изготовлении, так при испытании и доводке конструкции.

Испытания на физических моделях рабочего оборудования применялись давно, но моделирование грунта и параметров испытуемого рабочего оборудования разработано не было. В конце шестидесятых – начале семидесятых годов прошлого века д.т.н. проф. Баловневым были разработаны основы моделирования физических процессов землеройных машин.

Для моделирования грунта при его разработке физическими моделями был использован ударник ДорНИИ У обычного ударника площадь наконечника, внедряемого в грунт, равна 1 см². При работе с физическими моделями размер всех параметров рабочего оборудования уменьшался на коэффициент К_L. Площадь наконечника ударника ДорНИИ увеличивался также в К_L раз. При моделировании рабочего оборудования все угловые параметры модели рабочего оборудования сохраняются те же, что у натурного образца (угол резания, угол наклона отвала, задний угол ножа и т.п.). Все остальные линейные параметры уменьшались в К_L раз (высота и ширина отвала, линейные параметры отвала и ковша). При исследовании рабочего процесса землеройных машин параметры резания уменьшались в К_L раз (толщина стружки).

Полученные результаты эксперимента пересчитывают применительно к натурному образцу при коэффициенте уменьшения К_L следующим образом:

линейные размеры ;

объемные размеры ;

силовые параметры .

где L_м и L_н ‑ линейные размеры модели и натурного образца соответственно;

F_м и F_н ‑ объемные размеры модели и натурного образца соответственно;

P_м и P_н ‑ силовые параметры модели и натурного образца соответственно.

Бульдозеры

Цель работы: изучение конструкции бульдозеров различного исполнения, бульдозеров-рыхлителей и бульдозеров-погрузчиков, определение их производительности.

Порядок выполнения работы

Изучить конструкцию бульдозеров, бульдозеров-погрузчиков и бульдозеров-рыхлителей, используемых в строительстве.

Преподавателем задается один из бульдозеров и нужно определить усилие, действующее на рабочее оборудование, сравнить его с тяговым усилием, приведенным в технической характеристике. Для этого же бульдозера определить значение удельного вертикального давления и удельного горизонтального усилия, действующего на рабочий орган, и определить, на какой категории грунта может работать данный бульдозер. Определить производительность бульдозера и сравнить ее с данными, приведенными на рис. 6.9 – рис. 6.10 в соответствии с расчетными значениями нормы выработки.

6.2 Конструкция бульдозеров и их разновидности

Назначение. Бульдозер представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину, предназначенную в основном для срезания, планировки и перемещения на расстояние до 100 – 150 м колесных и до 50 м при гусеничном тягаче грунтов и материалов.

Состоит бульдозер из базового трактора или тягача, впереди которого в поперечной плоскости навешен рабочий орган – отвал. Бульдозер – это машина цикличного действия: сначала осуществляется рабочий ход (разработка и перемещение грунта, засыпка траншей, срезка кустарника и т.п.), затем холостой ход (возвращение в исходное положение), после чего цикл повторяется.

При установке на бульдозер в задней части трактора рыхлителя получают бульдозер-рыхлитель. Бульдозеры-рыхлители разрабатывают грунты более высокой прочности и смерзшиеся материалы после их предварительного рыхления.

Классификация. Бульдозеры классифицируют по назначению, типу ходовой части, конструкции рабочего оборудования, форме и назначению рабочего органа, типу привода рабочего оборудования, тяговому классу базовой машины (мощности двигателя).

По назначению различают бульдозеры общего назначения и специальные.

Бульдозеры общего назначения используют для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ на различных грунтах и в климатических условиях умеренной зоны с температурой окружающей среды ±40°С, холодного климата с температурой воздуха до -60°С, а также в условиях тропиков с температурой до 50°С.

Специальные бульдозеры предназначены для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях. Выпускают бульдозеры-путепрокладчики, толкачи – для работы со скреперами, трюмные бульдозеры – для штабелирования материалов и полезных ископаемых в трюмах теплоходов, подземные бульдозеры – для работы в шахтах и штольнях, подводные бульдозеры – для работы в воде.

По типу ходовой части выпускают гусеничные и колесные бульдозеры.

Гусеничный бульдозер распространен наиболее широко, так как может быть использован в тяжелых грунтовых условиях.

Колесный бульдозер применяют при работе в более легких дорожных условиях и необходимости часто перебазироваться с объекта на объект.

По конструкции рабочего оборудования различают бульдозеры с неповоротным отвалом, поворотным отвалом в плане, универсальные и бульдозеры-погрузчики.

В бульдозерах с неповоротным отвалом он установлен перпендикулярно продольной оси машины неподвижно или с небольшим угловым качанием в поперечной плоскости.

В бульдозерах с поворотным отвалом его можно поворачивать на определенный угол в обе стороны от основного положения.

Универсальные бульдозеры оборудованы шарнирно-сочлененным отвалом из двух одинаковых частей, которые могут быть установлены перпендикулярно продольной оси, под углом в сторону или под углом в разные стороны.

Бульдозеры-погрузчики характеризуются тем, что на подъемной стреле
шарнирно установлен отвал; вместо него можно навешивать грузовой ковш или другие виды сменного рабочего оборудования (например, крюк).

По форме рабочего органа различают прямой, полусферический, сферический отвалы.

Рисунок 6.1 Основные типы бульдозерных отвалов:

1 - прямой поворотный отвал; 2 - неповоротный; 3 - полусферический;

4 - сферический; 5 - сферический для сыпучих материалов; 6 - с толкающей плитой

Рисунок 6.2 Гусеничные бульдозеры с неповоротными отвалами

а – с жесткими толкающими брусьями; б – с шарнирными брусьями; 1- отвал;
2- несущая рама; 3 – гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 4 - рукав; 5-подрамник;
6 – поперечная балка ; 7- толкающий брус; 8 – трактор; 9 – нож; 10 – двигатель;
11 – муфта сцепления; 12 – кабина; 13 – коробка передач; 14 – задний мост;
15 – звездочка; 16 – гусеничная тележка; 17 – гусеница;18 – шарнир; 19 – гидрораскос;
20 – универсальный шарнир; 21 – положение отвала: Ι – нижнее, ΙΙ – рабочее,
ΙΙΙ - транспортное

У прямого отвала - одинаковая форма по всей ширине. Концы полусферического отвала загнуты вперед на ширину боковых ножей. B сферическом отвале боковые секции выдвинуты вперед на 1/3 ширины.

По назначению отвалы подразделяют на землеройный, скальный, снежный, угольный, а также отвалы для толкания скреперов, уборки древесных отходов, мусора.

Землеройный отвал используют при разработке грунтов и насыпных материалов. Скальный отвал с лобовым листом большей толщины и усиленной металлоконструкцией предназначен для перемещения горных пород и крупнокусковых материалов. Снежный отвал, состоящий из двух половин, установленных под определенным углом один к другому, применяют при уборке снега. Угольный отвал используют при складировании материалов. Отвал для толкания скреперов усиливают в средней части толстым листом. Отвалы для уборки древесных отходов и мусора изготовляют больших размеров и снабжают прорезным козырьком.

По типу привода рабочего оборудования известны бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением.

По классу, который означает номинальную силу тяги базового трактора, различают бульдозеры следующих видов: малогабаритные (класса до 0,9, мощностью 18,5...37 кВт), легкие (классов 1,4...4, мощностью 37...96 кВт), средние (классов 6... 15, мощностью 103... 154 кВт), тяжелые (классов 25...35, мощностью 220...405 кВт), сверхтяжелые (классов 50... 100, мощностью 510...880 кВт).

Устройство бульдозеров. Наиболее распространены бульдозеры с неповоротным отвалом, с поворотным отвалом, бульдозеры-рыхлители, а также бульдозеры-погрузчики.

Бульдозеры с неповоротными отвалами бывают с жесткими (рис. 6.2,а) и шарнирными (рис. 6.2,б) толкающими брусьями.

Бульдозер первого типа оборудован отвалом 1, к которому жестко приварены два толкающих бруса 7, охватывающих снаружи базовый трактор 8. Брусья шарнирно установлены на поперечной балке 6, болтами прикрепленной к раме трактора. Спереди к ней также прикреплен подрамник 5, к которому шарнирно через несущую рамку 2 подвешен один гидроцилиндр 3 двойного действия. К гидроцилиндру подведены два рукава высокого давления 4, которые соединяют его с гидросистемой трактора. Она состоит из гидронасоса, гидрораспределителя, гидробака и гидролиний. Подавая давление масла, развиваемое гидронасосом, в одну полость гидроцилиндра, поднимают бульдозерный отвал, в другую - опускают его. Отвал в зоне резания грунта оборудован съемными ножами 9.

Бульдозер второго типа включает в себя прямоугольные толкающие брусья 7, которые с одной стороны шарнирно с помощью упряжных шарниров 18 связаны с тележками 16 трактора, с другой - универсальными шарнирами - с отвалом 1.

Для сохранения определенного положения и резания грунта с минимальными затратами энергии отвал с одной стороны удерживается гидрораскосом 19, с другой - жесткой тягой. Гидрораскос подсоединен к системе трактора и осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости, что обеспечивает лучшее заглубление отвала при работе на прочных грунтах.

Бульдозер оборудован двумя гидроцилиндрами 3 подъема - опускания, которые также связаны с гидроприводом трактора.

Гидроцилиндрами подъема - опускания 3 отвал устанавливают в нижнее I, рабочее II, транспортное III и промежуточное положения (рис. 6.2).

В качестве базовой машины может быть использован трактор, тягач или специальное шасси. Двигатель трактора через муфту сцепления или гидротрансформатор приводит в действие коробку передач 13 и задний мост 14. Звездочки 15 передают вращение от двигателя гусеницам 17, которые перемещают всю машину вперед или назад.

Кабину 12 размещают преимущественно в задней (у тракторов типа ДТ-75Н, Т-4АП2, Т-170) или в средней (у тракторов ДЭТ-250М2) части, а также впереди машины со стороны бульдозерного оборудования (у трактора Т-330).

Рисунок 6.3. Гусеничный бульдозер с поворотным отвалом

1 - отвал, 2 - толкатель с откосом, 3 - рама, 4 - гидроцилиндр, 5 - трактор,
6 - шарнир, 7, 8 - ножи

Бульдозеры с поворотным отвалом (рис. 6.3) отличаются от бульдозера с неповоротным отвалом тем, что на базовый трактор 5 на упряжных шарнирах 6 крепят охватывающую раму 3. Впереди рамы приварена шаровая опора, на которой установлен отвал 7, поворачивающийся налево или направо по ходу движения машины.

По краям отвала располагают толкатели 2, предназначенные для крепления его к охватывающей раме. Переставляя вручную толкатели в кронштейнах на раме, устанавливают отвал в правое положение по ходу машины, среднее и левое. В среднем положении отвала бульдозер выполняет такие же работы, как бульдозер с неповоротным отвалом, при боковых положениях отвала засыпают траншеи или очищают снег. Вертикальные перемещения отвала выполняют гидроцилиндрами подъема-опускания 4. отвал оборудован средними 8 и крайними 7 ножами.

Рисунок 6.4 Бульдозер-рыхлитель

1,7 – рамы; 2 – наконечник; 3 – зуб; 4 – рабочая балка; 5 – верхняя тяга; 6 – гидроцилиндр подъема-опускания; 8 – гусеничный трактор; 9 – бульдозерное оборудование.

Бульдозер-рыхлитель (рис. 6.4) характеризуется тем, что на тракторы, оборудованные бульдозером с неповоротным или поворотным отвалом, сзади навешивают гидравлический однозубый или многозубый рыхлитель. К заднему мосту базового трактора 8 крепят на шпильках опорную раму 7, на которой внизу шарнирно установлена рама 1, а вверху – тяга 5. К тягам шарнирно прикреплена рабочая балка 4 так, что образует параллелограммный четырехзвенник.

По диагонали четырехзвенника установлены гидроцилиндры 6. в рабочей балке закреплен зуб 3 прямоугольного сечения, на конце которого установлен быстросъемный наконечник 2.

Выдвигая шток гидроцилиндра, поднимают рабочую балку и зуб в верхнее положение, втягивая шток - заглубляют рыхлитель в грунт. Благодаря параллелограммному четырехзвеннику зуб перемещается при подъеме по траектории, близкой к вертикали. На тяжелых бульдозерах-рыхлителях применяют рыхлители, у которых вместо верхней тяги устанавливают гидроцилиндры, обеспечивающие угловые перемещения рабочей балки и зуба для получения больших разрушающих усилий грунта машиной.

Бульдозер-погрузчик (рис. 6.5) агрегатируют с колесным трактором или шасси. На базовом тракторе 1 неподвижно закреплена рама 6, представляющая собой две вертикальные наружные стойки, жестко соединенные между собой. К раме шарнирно подвешивают стрелу 2. Одна сторона стрелы поднимается и опускается в вертикальной плоскости двумя гидроцилиндрами 5. На противоположном конце стрелы на двух шарнирах прикреплена рамка, которая поворачивается относительно стрелы двумя гидроцилиндрами 3. К рамке крепят бульдозерный отвал, погрузочный ковш или другие виды сменного рабочего оборудования.

Рабочий цикл. У бульдозера цикл состоит из следующих операций (рис. 6.6): отвал бульдозера 2 опускают ниже опорной поверхности, заглубляя на 50...200 мм в зависимости от типоразмера машины. При движении вперед машины со скоростью υ_Р, заглубленный отвал режет стружку определенной толщины t. После образования перед отвалом призмы 1 грунта его транспортируют при переднем ходе на расстояние и одновременно подрезают материал. Подрезанием компенсируют потери грунта, высыпающегося из призмы в боковые валики 3. Во время подхода к месту отсыпки грунта отвал поднимают при одновременном движении машины. Призма грунта ссыпается, образуя штабель 4. После этого бульдозер с поднятым отвалом задним ходом откатывается в исходное положение со скоростью υ_х для повторения разработки и перемещения груза.

Процесс резания грунта, транспортирование материала с подрезанием и отсыпкой грунта называют рабочими ходами, движение машины назад -холостым ходом.

Для повышения производительности скорость отката или холостого хода υ_х принимают большей скорости резания грунта υ_Р.

Рисунок 6.5 Бульдозеры-погрузчики на колесном тракторе “Беларус”

а – с бульдозерным отвалом; б – с погрузочным ковшом; 1 - трактор;
2 - стрела; 3,5 – гидроцилиндры поворота отвала и подъема-опускания;
4 – отвал; 6 - рама; 7 – погрузочный ковш

Рисунок 6.6 Рабочие циклы бульдозера при разработке (I) и бульдозера-рыхлителя при рыхлении грунта (II)

а - резание грунта, б - транспортирование с подрезанием грунта, в -отсыпка грунта, г, е - холостой ход, д - рыхление грунта; 1 - призма грунта, 2 - бульдозер, 3 - боковой валик, 4 – штабель.

Продолжение рисунка 6.6

Аналогичным способом засыпают траншеи и нагружают грунт в транспортные средства, стоящие под эстакадой с погрузочным бункером или воронкой, в которые бульдозер надвигает материал при рабочем ходе. Материал ссыпается в кузов транспортных средств из бункера самотеком.

Планировочные работы осуществляют при переднем ходе, поднимая отвал на толщину отсыпаемого слоя, или при обратном движении машины задней стороной отвала, обращенной к базовому трактору.

У бульдозера-рыхлителя рабочий цикл (рис. 6.6) складывается из циклов работы бульдозера и рыхлителя.

В начале участка движения рыхлителя передним ходом стойка с зубом опускается в прочный грунт на определенную глубину t. Машина во время движения вперед со скоростью υ_p рыхлит грунт зубом. При подходе к концу разрыхляемого участка рыхлитель выглубляется из грунта и машина останавливается. Затем включается задняя передача, бульдозер-рыхлитель со скоростью υ_х откатывается в исходное положение и смещается в сторону на некоторую величину, называемую шагом движения. После этого операция повторяется.

У бульдозера-погрузчика цикл работы зависит от типа устанавливаемого рабочего оборудования. При оборудовании погрузочным ковшом бульдозер-погрузчик, перемещаясь со скоростью υ_р, внедряет рабочий орган в штабель материала и одновременно поворачивает ковш в сторону базовой машины до момента наполнения. Затем машина отходит назад со скоростью υ₀ и в это же время поднимает ковш на высоту, необходимую для разгрузки. После этого транспортное средство подходит поперек движения бульдозера-погрузчика и он, перемещаясь вперед, приближается к транспортному средству и поворачивает ковш для разгрузки материала. Далее бульдозер-погрузчик отходит на некоторое расстояние назад, опускает ковш и поворачивает его для внедрения в штабель. Последняя операция - подход машины к штабелю на расстояние L, после чего цикл повторяется.

Операции, выполняемые машиной с грузом в ковше, называют рабочим ходом; движение бульдозера-погрузчика с порожним ковшом - холостым, ходом. Аналогичные операции происходят при работе машины с грузоподъемным крюком, вилами, но вместо штабеля насыпного материала перемещают штучные грузы, разгружаемые в транспортные средства или на место установки (например, склад).

Литература

1. Забегалов Г.В., Ронинсон Э.Г. Бульдозеры и скреперы. М.: Высшая школа, 1986.– 303 с.

2. Щемелев А.М. и др. Строительные машины и средства малой механизации. М.: ДизайнПРО, 2001. – 270 с.

Контрольные вопросы

1 По каким признакам классифицируются бульдозеры?

2 Как бульдозеры различаются по назначениям?

3 Как бульдозеры различаются по конструкции рабочего органа?

4 В чем отличие бульдозера с неповоротным отвалом от бульдозера с поворотным отвалом?

5 Что собой представляет рабочий цикл бульдозера?

6 Что собой представляет транспортный цикл бульдозера?

Тяговый расчет бульдозера.

При копании грунта бульдозером с неповоротным отвалом преодолеваются следующие сопротивления.

Сила сопротивления грунта резанию:

, (6.1)

где – площадь вырезаемой стружки, см², ;

– удельное сопротивление грунта резанию, I кат.: для песка, супесей ; II кат.: для суглинка, гравия мелкого, мелкой глины ; III кат.: для суглинка плотного, средней глины

B – ширина отвала, см;

h – толщина стружки, см.

Сила сопротивления перемещению призмы волочения:

, (6.2)

где – фактический объем призмы волочения, м³;

– плотность грунта, т/м³;

– коэффициент трения грунта о грунт;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с².

При копании грунта бульдозером по мере образования призмы волочения перед отвалом образуются боковые валики, размеры которых растут с увеличением объема призмы волочения. После заполнения отвала грунтом размеры боковых валиков, как правило, сохраняются постоянными и сумма площадей их сечений примерно равняется площади вырезаемой стружки с учетом коэффициента разрыхления грунта.

Однако, как показали эксперименты, объем призмы меняется в зависимости от соотношения высоты призмы Н к ее длине L. Чем больше это соотношение, тем меньше объем призмы волочения:

, (6.3)

где – коэффициент, зависящий от соотношения .

Рис.6.7 – Образования боковых валиков при работе бульдозеров

а – в начале процесса копания; б – в середине процесса копания; в – в конце процесса копания

В расчетах обычно принимают, что длина призмы волочения равна

Величина может быть приближенно определена по данным таблицы 6.1.

Принимая, что угол естественного откоса равен 45⁰, ширину призмы принимаем равной её высоте.

Таблица 6.1 – Значение коэффициента

Несвязные грунты	Связные грунты
H/L		H/L
0,15	1,10	0,15	0,70
0,30	1,15	0,30	0,80
0,35	1,20	0,35	0,75
0,40	1,30	0,40	0,90
0,45	1,50	0,45	0,95

Сила сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу:

, (6.4)

где – угол резания отвала бульдозера, равный 50-60º;

– коэффициент трения грунта о металл.

При определении сопротивления Р_в считают, что оно приложено по высоте (0,17 – 0,27) высоты отвала, что примерно соответствует расположению верхней части ножа.

Рис.6.8 – Схема для определения сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу.

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов

Наименование грунтов	Коэффициент внутреннего трения,	Коэффициент трения грунта о сталь,
Песок	0,58…0,75	0,73
Чернозем	0,58…0,75	0,73
Гравий	0,62…0,78	0,75
Сухая глина	0,70…1,00	0,75…1,0
Влажная глина	0,18…0,42	-

Сумма всех сопротивлений, возникающих на рабочем органе, определяется из формулы

(6.5)

Выбор двигателя осуществляется по формуле:

(6.6)

где υ_р – рабочая скорость движения машины во время рабочего процесса, м/с;

η_тр – КПД трансмиссии на первой передаче, η_тр = 0,76.

Уравнение тягового баланса имеет вид:

ΣР ≤ Р_дв ≤ Р_сц

где Р_дв – сила тяги по двигателю;

Р_сц – сила тяги по сцеплению.

Содержание отчета.

В отчете приводятся рассчитанные теоретически данные, а также строятся графики зависимости ,

– расчетное значение;

– расчетное значение;

– расчетное значение;

где – путь наполнения.

Преподавателем выдается индивидуальное задание для каждого студента по определению влияния отдельных параметров отвала и физико-механических свойств грунта на изменение сопротивления копанию. Для этого с использованием ЭВМ или калькулятора через определенный интервал (нужно получить 5...6 точек на графике) изменяется исследуемый параметр и строится графическая зависимость. Такими параметрами могут быть:

1) изменение угла внутреннего трения;

2) изменение удельного сопротивления грунта резанию;

3) изменение угла резания;

4) изменение высоты грунта перед рабочим органом;

5) изменение параметров рабочего оборудования.

В отчет подклеивается распечатка программы и результатов расчета или зависимость суммарного сопротивления копанию от параметра, который студент получил по индивидуальному заданию.

Контрольные вопросы

1 Как определить силу сопротивления грунта резанию?

2 Как определить силу сопротивления перемещению призмы волочения, от чего она зависит?

3 Как определить силу сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу, от чего она зависит?

4 Как влияют параметры отвала (ширина, высота, угол резания) на сопротивление копанию грунта?

5 Как влияют физико-механические свойства грунта на составляющие сопротивления копанию?

Рекомендуемая литература

1. Алексеева Т.В., Артемьев К.А. и др. Машины для земляных работ.– М.: Машиностроение, 1972. – 504 с.

2. Ветров Ю.А. и др. Машины для земляных работ.– Киев: Вища школа, 1982. – 384 с.

3. Гаркави Н.Г. Машины для земляных работ.: М.: Высшая школа, 1982. – 375 с.

4. Полосин М.Д. Машинист дорожных и строительных машин. М.: Academe, 2002. – 286 с.

5. Щемелев А.М. Строительные машины. (Щемелев А.М., Партнов С.Б., Белоусов Л.И.) . Беларусь, 2009. – 268 с.

6. Доценко А.И. Строительные машины. М.: Стройиздат, 2003. – 416 с.

7 Щемелев А.М. Расчет бульдозера. Могилев, ММИ.- 1998.-117 с.

Цель работы

Определение удельного напорного усилия и вертикального давления на режущей кромке ножей, для оценки возможностей применения бульдозеров различного тягового класса на грунтах различных категорий.

Теоретическая часть

Удельное горизонтальное напорное усилие определяется как отношение номинального тягового усилия бульдозера к длине отвала. У современных бульдозеров оно составляет 40...60 кН на 1 м ширины режущей кромки ножей отвала и увеличивается с повышением мощности бульдозера.

Под вертикальным давлением понимают отношение максимального заглубляющего усилия на режущей кромке к площади опорной поверхности ножей.

Вертикальное давление на режущей кромке ножей у бульдозеров с принудительным заглублением отвала составляет 0,4...5 МПа при незатупленных ножах. У бульдозеров с затупленными ножами вертикальное давление ниже до 3 раз.

У бульдозеров, не имеющих механизма принудительного заглубления отвала эти показатели в 3...4 раза ниже.

Пo значениям удельного напорного усилия и вертикального давления на режущей кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной прочности (таблица 6.3).

Таблица 6.3 – Требуемые значения удельных напорных усилий и вертикальных давлений на режущей кромке ножей бульдозера

Показатели	Категория грунта
I	II	III	IV
	до 15	20…30	40…55	более 60
	до 1	1,2…2,0	2,5…3,5	более 3,5

С целью обеспечения максимального удельного напорного усилия и вертикального давления длину отвала бульдозера выбирают минимально возможной, но с обязательным перекрытием габарита машины по ширине не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

При работе в легких условиях, например, на торфяниках, длину отвала увеличивают за счет удлинителей и открылков.

С целью обеспечения высокого значения вертикального давления ножи чаще всего выполняют "самозатачивающимися". Для этого верхнюю поверхность режущей кромки наплавляют износостойким материалом или закаливают (см. рис. 6.9). Нижняя часть ножа будет изнашиваться быстрее верхней, за счет чего режущая кромка будет оставаться относительно острой.

Повышение вертикальных давлений обеспечивает более эффективное заглубление отвала в грунт. С этой целью угол резания у бульдозеров выбирают достаточно большим (50...60°), а также оснащают отвал механизмом перекоса как в продольной, так и в поперечной плоскостях.

Рисунок 6.9 – Режущая кромка ножа

С – ширина опорной поверхности для новых ножей, С^/ – то же для затупленных

Порядок выполнения работы

Определение удельного напорного усилия. При помощи динамометра определяют максимальную силу тяги машины, для чего осуществляют ее торможение до начала буксования при помощи нагрузочной машины.

Длину отвала определяют замером рулеткой или из технической характеристики (табл. 6.10 – 6.12).

Рассчитывают удельное горизонтальное напорное усилие по формуле

, (6.7)

где – номинальное тяговое усилие (принимается из технической характеристики машины или экспериментально, кН;

– длина отвала, определяют путем замера или из технической характеристики машины, м.

Содержание отчета

В отчете приводятся тип и краткая характеристика исследуемого бульдозера, поперечное сечение отвала, расчетные схемы и результаты вычислений.

Анализируются полученные результаты и делаются выводы о том, на грунтах какой категории может работать данная машина.

Контрольные вопросы

1 Как определяется сила тяги бульдозера?

2 Как определить вертикальную реакцию в зоне контакта отвала с грунтом?

3 Как определяется площадь опорной поверхности у острых и затупленных ножей?

4 С какой целью изменяется угол наклона отвала бульдозера?

5 Для чего бульдозеры оснащают механизмом перекоса отвала?

6 Как влияет угол резания на энергоемкость процесса копания грунта?

Рекомендуемая литература

1 Ветров Ю.А., Кархов А.А., Кондра А.С. и др. Машины для земляных работ. – Киев: Вища школа, 1982. – 372 с.

2 Гаркави Н.Т. Машины для земляных работ.- М.: Высшая школа, 1962. – 375 с.

3 Щемелев А. М. Расчет бульдозера. – ММИ, 1998.-117 с.

Содержание отчета.

Преподаватель выдает студентам файл методических указаний с целью облегчения студенту составления отчета по практическим занятиям, который содержит следующие материалы:

1 Общий вид бульдозера.

2 Оценку возможности бульдозера заданного типа для работы на различных грунтах.

3 Как конструктивно выполняется рабочее оборудование, для увеличения напорных усилий и давлений.

Задачи к разделу 6

1. Определить какое сопротивление наибольшее при копании грунта при различных значениях высоты грунта в призме волочения перед отвалом?

2. Определить максимальный угол уклона местности при работе бульдозера при движении в транспортном режиме с заполненным отвалом и при движении без грунта.

3. Определить какие категории грунта бульдозер может разровнять по критерию максимального удельного вертикального давление на режущей кромке ножа.

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН