Использование формулы Ветрова для определения сопротивления резанию.
Ю.А. Ветров предложил метод расчета сопротивлений Рр резанию простым острым ножом как :
(2.8)
где Рсв - сопротивление грунта срезу передней гранью (по ширине ; см рис. 2.3.); Рбок – сопротивление грунта от разрушения по боковым расширениям прорези АКВ и ЕLF; Рбок.ср.- сопротивление грунта срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези по линиям ВС и ЕД.
В предварительных расчетах обычно задается производительность машины и по ней определяют мощность привода рабочего органа:
; (2.9)
где N – мощность, затрачиваемая на копание, Вт; К0 - удельная энергоемкость, н·м/м3; П – производительность, м3/с.
Для одноковшовых экскаваторов в зависимости от категории грунта значения К0 могут изменяться от 1,105÷6·105 Н·м/м3, для рабочих органов землеройно-транспортных машин – от 1·105÷3,5·105 Н·м/м3.
Бульдозеры: назначение, применение, классификация, конструкция, производительность.
Бульдозер состоит из трактора, оборудованного управляемым отвалом с ножом для послойного срезания, перемещения и разравнивания грунта.
Бульдозерами возводятся насыпи, планируются площадки и откосы, отрываются и засыпаются траншеи, котлованы, каналы, штабелируются и распределяются по поверхности различные сыпучие материалы. Они могут использоваться для корчевки пней и валки деревьев, расчистки дорог и площадок, для работы в качестве толкачей скреперов.
|
|
|
Бульдозеры классифицируют по номинальному тяговому усилию и ходовым системам базовых тракторов, назначению, конструктивным отличиям навесного оборудования.
По номинальному тяговому усилию бульдозеры подразделяют на сверхтяжелые – с номинальным тяговым усилием более 350 кН, тяжелые – 200-350 кН, средние – 135-200 кН, легкие – 25-135 кН и очень легкие – менее 25 кН.
Различают бульдозеры общего, специального и многоцелевого назначения. Бульдозеры общего назначения предназначены для землеройно-транспортных и планировочных работ в различных климатических условиях при температуре воздуха от –400 до +400 С.
Специальные бульдозеры предназначены для выполнения таких работ, как прокладка путей и пионерных дорог, сгребание торфа, разравнивание кавальеров, подземная или подводная разработка материалов, разработка легких материалов типа угля, а также для работы в особых климатических и эксплуатационных условиях (при низких отрицательных температурах до –600 С, тропической влажности и температуре до +600 С, в сухом и жарком климате пустынь, в опасных и загазованных местах, на грунтах с пониженной несущей способностью и т.д.). На специальных бульдозерах используют отвалы различных типов, соответствующих их назначению.
|
|
|
Бульдозеры многоцелевого назначения наряду с выполнением обычных землеройно-транспортных работ используют для разработки и засыпки траншей, каналов, скважин, отрывки корыт проведения земляных работ на мерзлых грунтах, погрузочно-разгрузочных работ. В этом случае бульдозерное оборудование агрегатируют с задним оборудованием экскаватора, рыхлителя, канавокопателя, бурильно-крановой машины и т.п.
Бульдозеры–рыхлители выпускают общего и специального назначения. Машины общего назначения служат для разработки и перемещения мерзлых и разборно–скальных грунтов. Бульдозеры – рыхлители специального назначения имеют рыхлительное оборудование в однозубом исполнении для глубокого рыхления грунтов. В многозубом исполнении рыхлители используют на горных работах.
По ходовому устройству различают бульдозеры гусеничные и колесные.
По типу рабочего органа различают бульдозеры (рис. 14.1):
с неповоротным отвалом, который установлен перпендикулярно продольной оси машины и не может поворачиваться в плане;
с неповоротным полусферическим отвалом, боковые части которого установлены под небольшим углом к лобовой поверхности;
|
|
|
с неповоротным сферическим отвалом, состоящим из трех примерно равных частей, установленных одна к другой под углом около 150;
с неповоротным усиленным отвалом, оборудованным амортизаторами для уменьшения ударных нагрузок при толкании скреперов;
с поворотным отвалом, устанавливаемым в горизонтальной плоскости под углом в обе стороны от продольной оси машины или перпендикулярно к ней;
универсальные (или путепрокладчики) с шарнирно сочлененным отвалом из двух половин, которые по отдельности или вместе можно устанавливать в горизонтальной плоскости под углом к продольной оси машины или перпендикулярно к ней.
По типу рамы различают бульдозеры с охватывающей и внутренней рамой. Внутреннюю раму используют для бульдозеров толкачей, жесткость которых должна быть повышенной.
По типу механизма управления различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. Управление последнего типа в настоящее время почти не используют.
Бульдозеры выполняют как навесное оборудование на гусеничных (ДТ–75, Т-4АП2, Т-130, Т-170, Т-180, ДЭТ-250М, ДЭТ-250М2, ДЭТ-320, Т-330, Т-25.01, Т-35, Т-50, Т-500, Т-800) или пневмоколесных (К-702, МТЗ80/82) тракторах.
Рабочий орган в виде отвала 5 с ножами 4 в его нижней части навешивают на трактор через два толкающих бруса 2 (рис. 14.2, б) или универсальную раму 3, которая имеет шарнирные соединения 1 с боковыми балками ходовых тележек трактора или с кронштейнами его нижней рамы (при пневмоколесном тракторе). Вместе с толкающими брусьями и раскосами 6 (рис. 14.2, а) отвал образует жесткую систему, которая с помощью одного или двух гидравлических цилиндров 7 может подниматься и опускаться, поворачиваясь в вертикальной плоскости относительно шарниров 1. При этом режущая кромка ножей отвала всегда остается перпендикулярной продольной оси машины.
|
|
|
По второй схеме (бульдозеры с поворотным отвалом) отвал соединяют с универсальной рамой шаровым шарниром 12 (рис. 14.2, в) и двумя толкателями 10, задние шарниры 9, которых закреплены в ползунах, перемещающихся по направляющим боковых балок подковообразной универсальной рамы и фиксируемых в требуемых положениях закладными штырями. Горизонтальный поворот отвала с отклонениями в каждую сторону на угол до 30…360 выполняется двумя гидроцилиндрами 11. Замена раскосов 6 постоянной длины винтовыми стяжками или гидроцилиндрами, способными изменять свою длину, обеспечивает регулирование угла резания и поперечный перекос отвала на угол до 120 в каждую сторону (рис. 14.2, г). За счет поперечных перекосов отвала удается сократить число повторных проходок при планировке поверхностей с поперечными уклонами и на косогорах и тем самым повысить производительность машины.
С целью расширения области применения бульдозеры снабжают дополнительным быстросъемным оборудованием (рис. 14.3). На рис. 14.3: 1 - жестко закрепляемые или гидроуправляемые уширители: 2 – открылки; 3 – удлинители; 4 – передние и задние рыхлительные зубья; 5 – кирка для взламывания асфальтобетонных покрытий; 6 – ножи для мерзлых грунтов; 7 – кусторезная наставка; 8 – жестко закрепляемая канавная наставка или гидроуправляемый выступающий нож; 9 – откосник с жестким креплением или гидроуправляемый откосник–планировщик; 10 – передние и задние лыжи; 11 – отвальная приставка для работы от стенки; 12 – грузовые вилы; 13 – подъемный крюк.
Определяющим фактором в использовании различных видов сменного дополнительного оборудования к бульдозерам является объем специфических работ и возможность быстрой установки и демонтажа этого оборудования без переездов.
Технология производства земляных работ бульдозерами зависит от конкретных условий: вида и состояния грунта, рельефа местности, дальности перемещения грунта, высоты отсыпаемых насыпей и глубины разрабатываемых выемок.
Рабочий цикл бульдозера состоит из рабочего хода с копанием грунта, остановки для переключения движения на задний ход, холостого хода при возврате в исходное положение для копания и остановки для переключения на передний ход.
Основным элементом рабочего цикла является рабочий ход, при котором осуществляется внедрение отвала в грунт, накапливание перед отвалом определенного объема грунта, называемого призмой волочения, и перемещение его на требуемое расстояние, распределение и укладка грунта. Существуют три наиболее распространенные схемы внедрения отвала в грунт и набора призмы волочения в зависимости от вида грунта, ровности и уклона поверхности.
На ровной поверхности возможно резкое заглубление отвала на максимальную глубину копания и постепенное его выглубление по мере роста призмы волочения.
На нервной поверхности и из-за неточности управления отвалом, которое зависит от типа ходового устройства трактора и квалификации машиниста, внедрение отвала в грунт и набор призмы волочения осуществляют по гребенчатой схеме с частным выглублением и повторным заглублением отвала.
При работе на большом уклоне, когда вес машины способствует копанию, внедрение в грунт и набор призмы волочения можно осуществлять с постоянной глубиной резания.
Бульдозеры с поворотным отвалом, работают в режиме машин непрерывного действия. В этом случае, призма волочения, сформированная из отделенного от массива грунта, непрерывно перемещается в сторону наклона, за его край и укладывается в виде валика параллельно с направлением движения машины.
Некоторые модели гусеничных неповоротных и поворотных бульдозеров могут оснащаться системами комбинированного автоматического управления положением отвала «Копир - Автоплан» и «Комбиплан». Аппаратура автоматического управления отвалом обеспечивает повышение качества обработки грунтовой поверхности, повышение производительности машины за счет уменьшения проходов бульдозера по планируемому участку, и снижения утомляемости машиниста.
Выбор основных параметров.
К основным параметрам бульдозера относятся номинальное тяговое усилие, эксплуатационная масса, скорости рабочего и обратного хода, среднее статическое давление, положение центра давления, удельное напорное усилие и вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала, параметры отвала.
Номинальное тяговое усилие бульдозера:
; (14.1)
где φсц – коэффициент сцепления базовой машины с оборудованием (для гусеничных сельскохозяйственных тракторов φсц=0,62, для промышленных – 0,90, для колесных сельскохозяйственных тракторов φсц=0,5, для промышленных 0,6); Gсц – сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии ( 
), где g – ускорение силы тяжести. При навешивании на базовый трактор только бульдозерного оборудования сцепная масса
mсц=(1,17-1,22)·mбм,
mбм – эксплуатационная масса базовой машины без навесного оборудования.
Если, кроме бульдозерного, навешивается и рыхлительное оборудование, то mсц=(1,35-1,45)·mбм.
При наличии одного ведущего моста у двухосного колесного тягача значение mсц находится из условия статического распределения массы тягача между мостами на горизонтальной поверхности.
Если двигатель базовой машины не обеспечивает получение номинального тягового усилия по сцеплению, то за номинальное тяговое усилие принимается усилие Тнб (кН) по паспортной характеристике трактора или определяется по формуле:
; (14.2)
где N- мощность двигателя базовой машины, кВт; V – низшая рабочая скорость движения базовой машины, км/ч; ηт- КПД трансмиссии: механической – 0,83…0,86, гидромеханической – 0,73…0,76.
Эксплуатационная масса бульдозера 
,
где mбо- эксплуатационная масса бульдозерного оборудования.
Скорость рабочего хода бульдозера зависит от условий работы, мощности и типа тягача и принимается 2,5…6,0 км/ч для гусеничных машин и 3,5…8,0 – для колесных.
Скорость обратного хода бульдозера выбирают с учетом типа ходового оборудования тягача и принимают 5…8 км/ч для гусеничных машин и 8…15 км/ч – для колесных.
Среднее статистическое давление бульдозера:
; (14.3)
где F – опорная площадь движителей, для гусеничного бульдозера.
; (14.4)
а для колесного:
; (14.5)
где Lоп – длина опорной поверхности гусениц; b – ширина гусеницы;
n – число колес; Fк – площадь отпечатка колеса на грунте.
Положение центра давления, т.е. точка приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель, устанавливается для трех основных случаев: а) бульдозер стоит на горизонтальной плоскости (отвал поднят на максимальную высоту); б) режет грунт на горизонтальном участке с оптимальной глубиной резания при максимальном объеме призмы волочения; в) осуществляет транспортировку максимальной призмы волочения в траншее без резания.
Экспериментально установлено, что в случае резания связных грунтов hb=0,17 Н, при резании несвязных грунтов и транспортировании грунтов hb=0,27 Н (для отвалов постоянного радиуса кривизны), где Н – высота отвала.
Соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими результирующей оси копания грунта определяется зависимостью:
; (14.7)
где ν – угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале.
При копании связного грунта он обычно принимается равным 170, при резании рыхлого грунта и транспортировании призмы волочения в траншее – 00. Смещение центра давления от середины опорной поверхности гусениц не должно превышать 1/6 длины этой опорной поверхности.
Для бульдозера на колесном тягаче для тех же случаев определяют реакции на передние и задние колеса. Во всех случаях не допускается равенство одной из реакций нулю, т.е. отрыв колес бульдозера от грунта.
Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала:
; (14.8)
где B – длина ножа отвала.
Вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала:
; (14.9)
где R3 – наибольшее вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала по условиям опрокидывания базовой машины относительно задних кромок опорных поверхностей гусениц; F – опорная площадь режущей кромки ножей отвала.
У современных бульдозеров удельное напорное усилие составляет 40-100 кН/м режущей кромки ножей отвала, увеличиваясь с повышением номинального тягового усилия.
Вертикальное давление qв в случае принудительного заглубления отвала составляет 400-8000 кПа при незатупленных ножах и 200–1500 кПа при полностью затупленных. В среднем вертикальное давление при затупленных ножах в три раза ниже, чем при незатупленных. По удельному напорному усилию и вертикальному давлению на режущей кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной прочности. Для Ι категории грунта qr=15 кН/м, qв=1000 кПа (не более); для ΙΙ категории – 20…40 и 1200…2400; для ΙΙΙ категории – 41…60 и 2500…3500; для ΙV категории – более 60 кН/м и более 3500 кПа.
Основными параметрами отвала являются его ширина В и высота Н. Ширина В должна быть такой, чтобы при любом рабочем положении отвала она превышала габаритную ширину ходовой части машины не менее, чем на 100 мм с каждой ее стороны.
Ширина неповоротного отвала В(м) может быть установлена по зависимости:
; (14.10)
Высота отвала Н (мм) может быть определена в зависимости от номинального тягового усилия Тнб (кН) бульдозера. При неповоротном отвале ее определяют из выражения:
; (14.11)
Для поворотных отвалов:
; (14.12)
где А=0,5 при Тнδ<400 кН и А=1 при Тнδ>400 кН.
Отвалы бульдозера оснащаются козырьком, высота которого составляет (0,1…0,3) Н.
Параметры профиля отвала задаются углами резания δ (угол между горизонталью и передней плоскостью ножей), наклона ε (угол между горизонталью и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала), и опрокидывания β (угол между горизонталью и касательной к остальной поверхности в верхней кромке отвала) (рис. 14.6). Экспериментально установлена целесообразность создания отвалов с постоянным радиусом кривизны, который выбирается в диапазоне R=(0,8…0,9) Н.
Бульдозеры общего назначения с поворотным отвалом имеют угол поворота в плане (угол захвата) не более 620. Рекомендуется принимать угол поворота 40…450.
Высоту подъема отвала выбирают из условия обеспечения угла въезда, который должен быть не менее 200.
Опускание отвала ниже опорной поверхности ходовой части базовой машины выбирают таким, чтобы угол между опорной поверхностью гусеницы и линией, соединяющей режущую кромку опущенного отвала с центром давления, был ниже 200.
Тяговый расчет бульдозера.
Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях, оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины, определить угол подъема, который может преодолеть машина с максимальной призмой волочения.
Условие тягового расчета:
(14.13)
здесь Р – сопротивление перемещению бульдозера в процесс копания грунта (кН), которое складывается из сопротивления перемещения машины с учетом уклона Рпер, сопротивления грунта резанию Ррез, сопротивления перемещению призмы волочения Рпр, сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу Рот:
; (14.14)
где f – коэффициент сопротивления движению; αп – угол продольного уклона пути; h– глубина резания, м; k – удельное сопротивление грунта резанию (кПа); δр – плотность разрыхленного грунта (т/м3); μ1 – коэффициент трения грунта по металлу; μ2 – коэффициент трения грунта по грунту; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Объем призмы волочения рассчитывается по формуле:
; (14.15)
где Кпр – коэффициент, зависящий от характера грунта и отношения 
. При =0,3-0,4; Кпр=0,8–0,9для связных грунтов и 1,2-1,3 для несвязных грунтов.
Расчет по зависимости ( 14.14) проводят для следующих расчетных положений:
1) начальный этап заполнения отвала, призма грунта отсутствует, т.е. V=0;
2) конечный этап заполнения отвала при резании грунта с максимальным объемом призмы волочения.
Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания:
; (14.16)
Во втором положении находят минимальную глубину резания:
; (14.17)
Минимальные значения глубины резания должны быть не менее значений hп, определяемых по условию возмещения потерь грунта из призмы в боковые валики в процессе ее перемещения:
; (14.18)
где Δ – опытный коэффициент, равный 0,29 для связных грунтов и 0,45 – для малосвязных.
Если бульдозер поворотный, то сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания:
; (14.19)
где Рвд – сопротивление перемещению грунта вдоль по отвалу:
; (14.20)
Для бульдозера с поворотным отвалом расчеты ведут при угле захвата 
, а также при наименьшем угле захвата (40…450) для первого расчетного положения и для положения, когда h=0. На основании расчетов устанавливают возможность использования той или иной передачи при копании и перемещении грунта.
Наиболее вероятными условиями работы машин общего назначения, которые необходимо класть в основу расчетов, можно считать разработку характерного грунта категории ІІ (плотность 1850 кг/м3, коэффициент разрыхления 1,3, угол внутреннего трения 400, угол внешнего трения о сталь 350, удельное сопротивление резанию грунта 130 КПа).
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2262; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!