Тяговый расчет бульдозера. 
Определение зависимости силы сопротивления от параметров резания

1. Практическая работа № 1 «Тяговый расчет бульдозера»

Задание: Определить, возможна ли эффективная работа бульдозера с заданными параметрами в грунтах III категории. Определить запас тягового усилия.

Вариант 42

Gб = 18 тонн; Вт = 3,6 м; h = 12 см;

Дано: G_б — эксплуатационный вес бульдозера;

В_т — ширина базового трактора;

h — толщина срезаемой стружки.

Определение основных параметров бульдозера

1) Сила тяги по сцеплению

Т_? = G_сц · ?_сц ,

где G_сц — сцепной вес машины, Н; 18 тонн = 18 000 Н

?_сц — коэффициент сцепления движителя с грунтом;

?_сц = 0,7? 0,9.

Т_? = G_сц · ?_сц = 18 000 · 0,8 = 14 400 Н Сцепной вес машины — это вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля, если движитель гусеничный, то сцепной вес равен весу машины.

2) Эксплуатационный вес

Между эксплуатационным весом бульдозера и весом тягача существует зависимость, полученная опытным путем

G_б = (1,17 — 1,22) · G_т ,

где G_б — вес бульдозера, Н;

G_т — вес тягача, Н.

Исходя из приведенной зависимости, можно определить ориентировочный вес навесного оборудования. Для этого вначале определим вес тягача

G_т = = 18 000/1,2 = 15 000 Н.

Таким образом, вес навесного оборудования

G_отв = G_б — G_т = 18 000 — 15 000 = 3 000 Н

3) Ширина отвала

Ширина отвала подбирается таким образом, чтобы габариты отвала перекрывали габариты базовой машины В = В_т + 2 ·? ,

где Вт — ширина трактора, м;

? — перекрытие габарита трактора, м;

? = 0,1 — 0,2 м.

В = В_т + 2 ·? = 3,6 + 2 · 0,1 = 3,8 м

4) Высота отвала, мм.

Высота отвала подбирается исходя из тяговых возможностей базовой машины, а также исходя из условия, чтобы грунт не пересыпался за отвал при копании грунта.

Для предварительных расчетов можно использовать регрессионную зависимость

Н = 500 · - 5 · Т_? ,

где Т_? — сила тяги по сцеплению в тоннах.

Т_? = 8 000 Н = 0,8 тонн Н = 500 · - 5 · 0,8 = 460,16 мм ,

Тяговый расчет бульдозера Условие расчета Т_?? W ,

где W — суммарная сила сопротивления при работе, Н.

Суммарная сила сопротивления, возникающая при работе бульдозера может быть определена как сумма составляющих

W = W_р + W_пр + W_во + W_м + W_тр ,

где W_р — сила сопротивления грунта резанию, Н;

W_пр — сила сопротивления перемещению призмы волочения, Н;

W_во — сила сопротивления движению грунта вверх по отвалу, Н;

W_м — сила сопротивления движению базовой машины бульдозера, Н;

W_тр — сила трения ножа отвала о грунт, Н.

1) Сила сопротивления грунта резанию

W_р = К · В · h ,

где К — удельная сила сопротивления грунта резанию, Н/м²;

В — ширина отвала бульдозера, м;

h — толщина срезаемой стружки, м.

Удельная сила сопротивления грунта резанию для заданной категории можно определить из таблицы классификации грунтов (См. лекции)

III категория грунтов — суглинок К = 120−200 кН/ м² =150 000 Н/м²

W_р = К · В · h = 150 000 · 3,8 · 0,12 = 68 400 Н

2) Сила сопротивления перемещению призмы волочения

W_пр = V_пр ·? · g · ?₂ ,

где V_пр — объем призмы волочения, м³;

? — плотность грунта, кг/м³;

? = 1,5? 2,5 т/м³; принимаю 2,0 т/м³

g — ускорение свободного падения, м/с²; принимаю g = 9,8 м/с²

?₂ — коэффициент внутреннего трения грунта;

?₂ = 0,5? 0,7. принимаю ?₂ = 0,6

Объем призмы волочения зависит от размеров и формы отвала

V_пр = ,

где К_пр — коэффициент формы призмы волочения;

К_пр = 0,7? 0,9.

V_пр = = = 0,5 м³

При Н = 460 мм = 0,46 м

W_пр = V_пр ·? · g · ?₂ = 0,5 · 2000 · 9,8 · 0,6 = 5880 Н

3) Сила сопротивления движению грунта вверх по отвалу

W_во = V_пр ·? · g · ?₁ · cos²? ,

где ?₁ — коэффициент трения грунта по металлу;

?₁ = 0,35? 0,8; принимаем 0,5

? — угол резания, град;

? = 30? 50?. Принимаем 45?

W_во = V_пр ·? · g · ?₁ · cos²? = 0,5 · 2000 · 9,8 · 0,5 · 0,707² = 2449 Н

4) Сила сопротивления движению базовой машины бульдозера

W_м = G_б · f ,

где f — коэффициент сопротивления движению машины,

f = 0,1? 0,12.

W_м = G_б · f = 18 000 · 0,1 = 1 800 Н

5) Сила трения ножа отвала о грунт

W_тр = G_отв · ?₁ ,

где G_отв — вес отвала бульдозера, Н.

W_тр = G_отв · ?₁ = 3000 · 0,5 = 1500 Н

6) Запас тягового усилия, %

К_зап = · 100%

Суммарная сила сопротивления, возникающая при работе бульдозера

W = W_р + W_пр + W_во + W_м + W_тр = 68 400+5880+2449+1800+1500 = 48 996,5

К_зап = · 100% = · 100% = 10%

Работа бульдозера с заданными параметрами в грунтах III категории будет эффективна Запас тягового усилия 10% нужен для преодоления временных перегрузок.

2. Контрольная работа «Определение зависимости силы сопротивления от параметров резания»

Вариант 42

Исходные данные:

В = 2400 мм

S = 8 см

?₀ = 0,9

Свободное резание

1) Категория грунта I, II, III, IV при толщине стружки h = 8 см, и угле резания? = 20?.

2) Толщина стружки: h = 8; 13; 18; 23 см при? = 25?, категория грунта II.

3) Угол резания:? = 17; 22; 27; 32? при h = 10 см, категория грунта III.

Исходные данные:

В — ширина режущего ножа;

S — толщина элементарного профиля;

?₀ — коэффициент, учитывающий угол заострения;

? — коэффициент, учитывающий виды резания.

? = 0,79 (свободное резание).

1) Определение зависимости силы сопротивления грунта резанию от категории грунта.

Теория Домбровского Н.Г.

I категория (данные о прочности грунта при каждой категории даны в лекции) Р = К • В • h = 38,5 • 2,4• 0,08 = 7,4 кН

II категория

Р = 94 • 2,4 • 0,08 = 18,05 кН

III категория Р = 160 • 2,4 • 0,08 = 30,72 кН

IV категория Р = 390 • 2,4 • 0,08 = 74,88 кН Теория Зеленина А. Н. (Обратите внимание, что данные в этой теории подставляются не в системе СИ)

I категория Р_р = С_у • h ^1,35 • (1 + 2,6 • L) • (1 + 0,0075 • ?) • (1 + 0,03 • S) • ?₀ • µ • g ,

где С_у — число ударов плотномера ДорНИИ, шт; h = 8 см — толщина срезаемой стружки, см; L — длина режущей кромки, м;? — угол резания, град,; S = 8 см — толщина элементарного профиля, см; ?₀ — коэффициент, учитывающий влияние угла заострения, ?₀ = 0,8?1,0 (задано 0,9); µ - коэффициент, учитывающий вид резания, µ = 0,79?1,0 (0,79- свободное резание); g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с².

Р = 3 • 8^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 20) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 3,58 кН

II категория

Р = 7 • 8^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 20) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 8,34 кН

III категория Р = 12 • 8^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 20) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 =14,3 кН

IV категория Р = 26 • 8^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 20) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 31 кН Для определения тенденции изменения силы сопротивления грунта резанию необходимо построить график зависимости (рисунок 1).

Вывод. При изменении категории разрабатываемого грунта от I до IV сила сопротивления разрабатываемого грунта увеличивается более чем в 9 раз.

Рисунок 1 — Зависимость силы сопротивления грунта резанию от категории грунта

2) Определение зависимости силы сопротивления грунта резанию от толщины стружки.

Теория Домбровского Н.Г.

Категория грунтов II

h = 8 см Р = 94 • 2,4 • 0,08 = 18,05 кН

h = 13 см Р = 94• 2,4 • 0,13 = 29,33 кН

h = 18 см Р = 94 • 2,4 • 0,18 = 40,6 кН

h = 23 см Р = 94 • 2,4 • 0,23 = 51,89 кН Теория Зеленина А.Н.

h = 8 см Р = 3 • 8^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 25) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 3,7 кН

h = 13 см Р = 3 • 13^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 25) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 16,6 кН

h = 18 см Р = 3 • 18^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 25) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 44,12 кН

h = 23 см Р = 3 • 23^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 25) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 133,1 кН Для определения тенденции изменения силы сопротивления грунта резанию необходимо построить график зависимости (рисунок 2).

бульдозер грунт тяговый резание Рисунок 2 — Зависимость силы сопротивления грунта резанию от толщины срезаемой стружки Вывод. При изменении толщины срезаемой стружки от 8 до 23 см сила сопротивления разрабатываемого грунта увеличивается на 2 — 10 кН на каждые 5 см толщины стружки.

1) Определение зависимости силы сопротивления грунта резанию от угла резания.

Теория Зеленина А.Н.

? = 17?

Р = 12 • 10^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 17) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 18,95 кН

? = 22?

Р = 12 • 10^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 22) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 19,58 кН

? = 27?

Р = 12 • 10^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 27) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 20,2 кН

? = 32?

Р = 12 • 10^1,35 • (1 + 2,6 • 2,4) • (1 + 0,0075 • 32) • (1 + 0,03 • 8) • 0,9 • 0,79 • 9,8 = 20,8 кН Для определения тенденции изменения силы сопротивления грунта резанию необходимо построить график зависимости (рисунок 3).

Рисунок 3 — Зависимость силы сопротивления грунта резанию от угла резания Вывод. При изменении угла резания от 17 до 32 градусов сила сопротивления разрабатываемого грунта увеличивается на 4%.

Теоретическое исследование проводилось с использованием двух независимых теорий, что объясняет некоторое расхождение полученных результатов, однако графики зависимостей позволяют установить наглядно тенденции изменения силы сопротивления грунта резанию.