Определение производительности бульдозера

Техническую производительность бульдозера на планировочных работах определяют по протя­женности полосы планировки S, ширине отвала B и углу α_у установки в плане (для поворотных отвалов) при числе проходов n > 1, м²/ч.

(6.9)

где S — длина планируемого участка, м;

α_y — угол установки отвала в плане, град (для не­поворотного отвала 90°, для поворотного 60 и 90°);

v — средняя скорость движения бульдо­зера, м/с; v » (3-5) км/ч;

t₀ — время на разворот бульдозера, с (t₀ = 16...45);

В — ширина бульдозерного отвала, м;

b_п – ширина перекрытия проходов, b_п = (0,2...0,3) В.

При резании и перемещении грунтов в насыпи, разработке выемок, котлованов, траншей и других работ больших объемов техническую производительность определяют, м³/ч.

П = 3600·V_б ·K_к ·K_у ·K_с /T_ц.б, (6.10)

где V_б — объем призмы волочения, перемещаемой отвалом бульдозера за один цикл, V_б = 0,5BH²ctgφ₀/K_p, м³;

Н — высота отвала по хорде с учетом козырька, м;

φ₀ — угол естественного откоса перемещаемого материала, составляющий 15...50° в зависимости от типа и состояния грунта (среднее значение φ₀= 30° и ctg 30° = 1,73);

К_р — коэффициент разрыхления грунта, характеризующий переход от объема призмы в рыхлом теле к объему грунта в плотном теле;

К_к — коэффициент учета квалификации машиниста (принимают за 1 при управлении гусеничным бульдозером машинистом высшей квалификации, 0,85 — средней и 0,65 — низшей),

К_у — коэффициент учета влияния уклона местности (табл. 6.4);

Таблица 6.4 3начения коэффициента учета влияния уклона рельефа местности при перемещении бульдозера в двух направлениях

Угол наклона местности, град	Ку	Угол наклона местности, град	Ку
0…5	1…0,67	0…5	1…1,33
5…10	0,67…0,5	5…10	1,33…1,94
10…15	0,5…0,4	10…15	1,94…2,25
-	-	15…20	2,25…2,68

К_с — коэффициент сохранения грунта при перемещении (принимают К_с = 1-0,005S_n, где S_n — путь перемещения призмы грунта, м);

Т_ц6 — продолжительность рабочего цикла бульдозера.

Коэффициент разрыхления грунта принимается:

Песок и супесь в немерзлом состоянии 1,1... 1,2

Суглинок и глина в немерзлом состоянии 1,27...1,55

Скальный грунт и уголь 1,34... 1,67

Песок и супесь в мерзлом состоянии 1,2...1,75

Суглинок и глина в мерзлом состоянии 1,75...2,0

Продолжительность рабочего цикла бульдозера, с

Т_ц.б=S_p/v_p+ S_x/v_a+t_oc+З, (6.11)

где S_p и S_x — длина рабочего и холостого ходов, м;

t_oc — время остановок в начале и конце рабочего хода, составляет: для гидромеханической трансмиссии при наличии быстродействующего реверса — 3 с; для механической трансмиссии при наличии шестерен постоянного зацепления — 4...8 с, без постоянного зацепления (больше значения для 2-х рычагов реверса) — 6... 10 с;

З — время, добавля­емое на разгон и замедление, с.

Средняя скорость рабочего хода трактора с рабочим оборудованием эксплуатационной массой, т, G, м/с

v_p = N_e·η·K_заг·(1 - δ)/G· g ·φ_к, (6.12)

где N_e — номинальная мощность двигателя, кВт;

η – КПД трансмиссии, η = 0,88...0,95;

К_эаг – коэффициент загрузки двигателя трактора
(0,7 – смеханической и 0,8 – с гидромеханической трансмиссией);

δ – среднее значение коэффициента буксования при рабочем ходе

(0,18 – для гусеничного трактора);

φ_к – среднее значение коэффициента использова­ния сцепного веса за рабочий элемент цикла, составляющее 0,78 φ_кmax = 0,22 при макси­мальном коэффициенте сцепления по каса­тельному усилию φ_кmax > 0,45;

g – ускорение свободного падения.

Величина максимального коэффициента сцеп­ления при работе бульдозера и бульдозера-рых­лителя φ_кmax = 0,5...1,2.

Средняя скорость холостого хода зависит от типа подвески ходовой системы трактора и со­ставляет v_x = 0,9 × v_xmax, где v_xmax ‑ максимальная расчетная скорость заднего хода на I или II передаче. Она, как правило, не превышает 1,4…1,7 м/с при полужесткой балансирной под­веске и 1,9…2,2 м/с ‑ эластичной.

Техническая производительность рыхлителя м³/ч

П_р=3600·V_р ·K_у ·K_к /T_ц.р, (6.13)

где Т_цр ‑ продолжительность цикла работы рых­лителя, c;

V_р =В_р·h_эф ·S_р ‑ объем разрыхленного грунта, м³;

В_р ‑ средняя ширина по­лосы разрыхления за один цикл при числе зубьев больше одного или шаг соседних бо­розд при рыхлении одним зубом, обеспечи­вающий разрушение и уборку разрыхленного грунта на эффективную глубину рыхле­ния, м; В_р = (0,6...0,8)·Н_о, где Н_о ‑ средняя оптимальная глубина послойного рыхления в заданных условиях.

Средняя оптимальная глубина рыхления (определяющая наибольшую производительность) зависит от тягового класса базового трактора, ширины наконечника, количества зубьев, оборудования зубьев уширителями, свойств грунта. При расчетах может быть принята Н_о = А·B, где B ‑ ширина наконечника, м; А ‑ коэффициент, составляющий при продольном рыхлении твердомерзлых грунтов однозубым рыхлителем 3...5; поперечном рыхлении ‑ 4...6.

Ширина полосы разрыхления грунта

В_р = К_п·[b+2·h_эф·ctgγ+l· (n-1)], (6.14)

где К_п ‑ коэффициент перекрытия (для средних условий К_п = 0,75);

γ ‑ угол развала (15...60°) в зависимости от вида разрыхляемого мате­риала, большие значения — для пластично-мерзлых грунтов, меньшие для хрупких;

l ‑ шаг зубьев, м.

Продолжительность рабочего цикла опреде­ляется по той же формуле, что и при бульдозер­ных работах.

При рыхлении участка продольно-поворот­ным способом из формулы исключают время хо­лостого хода, остановок и замедления, добавляя время на разворот t_p.

Эксплуатационная производительность опре­деляется с учетом организационных перерывов в работе машин за рабочую смену.

П_в= П_т·К_в·N, (6.15)

где N ‑ число часов работы машины в смену;

К_в ‑ коэффициент использования рабочего времени (табл. 6.5);

П_т ‑ часовая техническая производительность, м³/ч.

В табл. 6.7 – 6.10 приведены ориентировочные часовые выработки бульдозеров и бульдозеров-рыхлителей, определенные исходя из норм вре­мени ЕНиР и ВНиР Минтрансстроя на основ­ные виды земляных работ. Тяговый класс трактора определяется по минимальной тяге в т·с.

Таблица 6.5 Значение коэффициента использования по времени бульдозеров и бульдозеров рыхлителей

Тип землеройной машины	Работа	Коэффициент, Кв
Бульдозер на тракторе ДЭТ-250	Разработка и перемещение нескального грунта	0,75
Бульдозеры остальных марок	То же	0,8
Бульдозеры всех марок	Перемещение разрыхленного мерзлого грунта	0,75
Перемещение взорванного скального грунта	0,7
Разравнивание грунта при отсыпке траншей	0,7
Срезка растительного слоя	0,8
Предварительная и окончательная планировка площадей, планировка откосов откосниками	0,8
Засыпка траншей и котлованов	0,8
Бульдозер-рыхлитель на тракторе ДЭТ-250	Рыхление мерзлого грунта	0,75
Бульдозеры-рыхлители остальных марок	То же	0,8
Бульдозеры-рыхлители всех марок	Рыхление немерзлого грунта	0,78

Таблица 6.6 Планировка площадей бульдозерами

Виды планировки	Тяговый класс	Норма времени на 1000 м2, маш.-ч	Часовая выработка, в1000м2
Предварительная		0,41/0,22	2,44/4,55
То же		0,20/0,14	5,0/7,1
То же		0,18/0,13	5,56/7,7
То же		0,12/0,08	8,3/12,5
Окончательная		0,49/0,35	2,04/2,86
То же		0,27/0,24	3,7/4,17
То же		0,23/0,19	4,35/5,26
То же		0,16/0,15	6,25/6,67

Примечание. Слева от черты – при рабочем ходе в одном направлении; справа – при рабочем ходе в двух направлениях

Таблица 6.7 Разработка и перемещение грунтов бульдозерами

Тяговый класс трактора	Группа грунта	Дальность перемещения, м	Нормы времени на 100 м2, маш.-ч	Часовая выработка, м2
	Ι		0,94	106,4
	1,81	55,2
	2,68	37,3
	3,55	28,1
ΙΙ		1,1	90,9
	2,04
	2,98	33,6
	3,92	25,5
ΙΙΙ		1,3	76,9
	2,28	43,9
	3,26	30,7
	4,24	23,6
	Ι		0,35	285,7
	0,65	153,1
	0,95	105,3
	1,25
ΙΙ		0,41	243,9
	0,74	135,1
	1,07	93,5
	1,40	71,4
ΙΙΙ		0,47	212,8
	0,82
	1,17	85,5
	1,52	65,8
	Ι		0,32	312,5
	0,61	163,9
	0,9	111,1
	1,19
	ΙΙ		0,38	263,2
	0,68	147,1
	0,98
	1,28	78,1
ΙΙΙ		0,4
	0,72	138,9
	1,04	96,2
	1,36	73,5
	Ι		0,22	454,5
	0,42	238,1
	0,62	161,3
	0,82
ΙΙ		0,24	416,7
	0,45	222,2
	0,66	151,5
	0,87	114,9
ΙΙΙ		0,27	370,4
	0,49	204,1
	0,71	140,8
	0,93	107,5

Таблица 6.8 Рыхление мерзлого грунта бульдозерами-рыхлителями

Тяговый класс трактора	Группа грунта	Нормы времени на 100 м2, маш.-ч	Часовая выработка, м2
	Ιм	0,92	108,7
ΙΙм	1,2	83,3
ΙΙΙм	1,5	66,7
ΙVм	1,9	52,6
	Ιм	0,73
ΙΙм
ΙΙΙм	1,3	76,9
ΙVм	1,6	62,5
	Ιм	0,66	151,5
ΙΙм	0,88	113,6
ΙΙΙм	1,1	90,9
ΙVм	1,3	70,9
	Ιм	0,27	370,4
ΙΙм	0,34	294,1
ΙΙΙм	0,44	227,3
ΙVм	0,58	172,4

Таблица 6.9 Перемещение разрыхленного грунта бульдозерами-рыхлителями

Тяговый класс трактора	Группа грунта	Дальность перемещения, м	Нормы времени на 100 м2, маш.-ч	Часовая выработка, м2
	Ι		0,54	185,2
	0,94	106,4
	1,34	74,6
	1,74	57,5
ΙΙ		0,64	156,3
	1,13	88,5
	1,62	61,7
	2,11	47,4
ΙΙΙ		0,71	140,8
	1,25
	1,79	55,9
	Ι		0,28	357,1
	0,5
	0,72	138,9
	0,94	106,4
ΙΙ		0,28	322,6
	0,5	181,8
	0,72	126,6
	0,94	97,1
ΙΙΙ		0,31	294,1
	0,55	169,5
	0,79
	1,03	91,7

Окончание таблицы 6.9

	Ι		0,21	476,2
	0,39	256,4
	0,57	175,4
	0,75	133,3
ΙΙ		0,24	416,7
	0,43	232,6
	0,63	161,3
	0,81	123,5
ΙΙΙ		0,26	384,6
	0,4	217,4
	0,66	151,5
	1,86	116,3

Эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле

(6.16)

где - объем призмы волочения, перемещаемой отвалом бульдозера за один цикл;

– время цикла бульдозера;

– коэффициент использования бульдозера по времени.

Объем призмы волочения определяется по формуле

(6.17)

где В – ширина отвала, м;

H – высота отвала, м;

К_з – коэффициент заполнения отвала, на конечном этапе цикла К_з = 0,8 - 0,9.

Время цикла бульдозера состоит из:

Т_ц = t_коп + t_тр + t_разг + t_воз + t_доп (6.18)

где t_коп – время копания грунта;

t_тр – время транспортирования грунта;

t_разг – время разгружения грунта на площадку;

t_воз – время возвращения бульдозера в исходное положение;

t_доп – время на переключение передач.

На рисунках 6.11,6.12 даны номограммы для определения производительности бульдозеров с различной мощностью двигателей, при различной дальности транспортирования грунтов до 50м и от 50м до 100м. Рассмотрим пример использования номограммы. Например, дальность транспортирования грунтов составляет 30 м. Копание грунта производится со скоростью 3,5 км/ч, на что затрачивается 0,55 мин, а транспортирование материала производится на второй скорости 6,0 км/ч и составляет 0,3 мин. Вместе копание и перемещение грунта составляет 0,85 мин. Примем, что постоянная часть времени на переключение передачи составляет 0,3 мин.

Коэффициент использования по времени, деленный на коэффициент разрыхления материала, равен 0,65. Тогда для бульдозера с мощностью двигателя 130 л.с. производительность составляет 95 м³/ч.

Преподаватель каждому студенту задает дальность пути транспортирования материала и тип бульдозера, и студент определяет его производительность.

Рисунок 6.11 – Номограмма для определения производительности бульдозера при дальности транспортирования до 50 м

Рисунок 6.12 – Номограмма для определения производительности бульдозера при дальности транспортирования 50…100 м.

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.