Расчет производительности бульдозера, рыхлителя и скрепера

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Пермский государственный технический университет"

Кафедра подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования

Расчетная работа

Выполнил: студент гр. СДМ 05-1 Хатмуллин Ф.Ф.

Проверил: Белоногов Л.Б.

ПЕРМЬ 2009

Задание 1. Определение производительности и тяговый расчет бульдозера D7G "CAT"

Исходные данные:

Масса бульдозера m=16000 кг;

Мощность двигателя N_дв=200 л.с.;

Скорость передвижения вперед V_тр=3,7-9,9 км/ч;

Скорость передвижения назад V_наз=4,5-11,9 км/ч;

Ширина отвала В=3650 мм;

Высота отвала H=1270 мм;

Длина перемещения L_пер=70 м;

Грунт-глина;

Плотность грунта =1600 кг/м³;

Коэффициент разрыхленности К_разр=1,3;

1. Определение тягового усилия по мощности двигателя:

Т_сцТ_N

T_N-тяговое усилие при заданной скорости:

T_N=, кН;

где: = КПД машины = 0,83

N_дв =200л.с.=148кВт мощность двигателя

U- скорость перемещения машины

T_N=, кН;

2. Определение силы тяги по сцеплению:

Т_сц=G_сц, кН;

где: G_сц-сцепной вес бульдозера

j_сц-коэффициент сцепления j_сц=0,9

G_б.м= mg=160009,8=156.8 кН;

G_сц=1,22 G_б.м=1,22156,8=191,3 кН;

Т_сц=191,30,9=172,2 кН;

Т_сц> T_N >

3. Определение суммарного сопротивления:

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅;

а) Сопротивление резанию.

W₁=kВh;

где: k-коэффициент удельного сопротивления грунта резанию k=120кПа

В- ширина отвала.

h- толщина срезаемого пласта

h=0,09h_отв=0,091270=114.3 (мм) =0.1143 (м)

W₁=1203.650,1143=50,06 кН.

б) Сопротивление призмы волочения.

W₂=0,5ggm₂sina;

где: m₂- сопротивление грунта по грунту. m₂=0,6

 - угол естественного откоса грунта =45°.

W₂=0,518009,80,60.81=25,23 кН;

в) Сопротивление перемещения призмы вверх по отвалу

W₃=0,5ВН²ggcos²a_рm₁;

где: m₁- сопротивление грунта по отвалу m₁=0,9

a_р-угол резания a_р=55^о

W₃=0,51.27²3.651800cos²550,99,8=15,36 кН.

г) Сопротивление трения ножа отвала о грунт.

P_зат – удельное сопротивление от затупления, зависящее от ширины площадки и категории грунта

W₄= P_затB,

W₄=10003,65=3,65кН

д) Сопротивление призмы волочения грунта движению

W₅=G_прf

f – коэффициент сопротивления качения, f=0,06

W₅= 0,5ВН²ggf=0,53,651,271,2718009,80,06=3,1 кН

=50,06+25,23+15,36+3,65+3,11=97,41 кН

Т_сц> T_N > 172,2 >107,4>97,41 кН

Условие тягового расчета выполняется.

4. Определение запаса тягового усилия по сцепному весу

Т^’_сц=Т_сц-( W₂+W₃+W₄+W₅)

Т^’_сц=172,2 -(25,23+15,36+3,65+3,11)= 124,85кН

5. Запас тягового усилия по мощности двигателя:

Т^’_маш=Т_N-( W₂+W₃+W₄+W₅)

6. Определение толщины стружки:

а) в начале набора грунта

h₁=Т^’_м /В*К=60,05/3,65*120=0,14 м

б) в конце набора грунта

h₂=Т^’’ /В*К

Т^’’= Т_N-( W₄+W₅)= 107,4-(3,11+3,65)=100,64 кН

h₂=100,64/3,65*150=0,23 м

7. Определение фактического объема грунта призмы:

V_пр=0,5*Н*×В / tg φ=l₁*В*h_ср

l₁ – длина участка набора грунта

l₁ =0,5*Н²/ tg φ* h_ср=0,5*1,27²/1*0,185=4,36м

V_пр=4,36*3,65*0,185=2,94 м³

5. Выбираем скорости движения на участках:

V_н = 4 км/ч - при наборе

V_тр =6 км/ч - при транспортировании

V_зад=10 км/ч - при движении задним ходом

6. Определение продолжительности цикла:

T_ц=t₁+ t₂+ t₃+ t₄

а) продолжительность набора грунта

t₁=3,6*l₁ / V_н=3,6*4,36 /4=3,9 с

б) время транспортировки

t₂=3,6*l_тр / V_тр=3,6*70 /6=42 с

в) время движения задним ходом

t₃=3,6*l_тр / V_зад=3,6*70 /10=25,2 с

г) время дополнительное ( переключение скоростей, поворот и т.д.)

t₄=30…40 с , принимаем t₄=30 сб t_ц=3,9+42+25,2+30=101,1с

7. Определение числа циклов за час работы:

n=3600 / t_н= 3600 / 101,1=35,6 ≈ 36 цикла

8. Определение технической производительности бульдозера:

П_Т=(0,5*Н²*В / tg φ)*ψ*n* К_кв* (1/К_р)

Ψ – коэффициент потерь грунта на боковые валки , Ψ = 0,75

К_р – коэффициент разрыхления грунта , К_р=1,3

П_Т=(0,5*1.27²*3.65/1) *0,75*36*(1/1,3)=61 м³/ч

9. Эксплутационная производительность:

П_Э= П_Т* К_В* К_КВ

К_В – коэффициент использования машины по времени , К_В=0,85

К_КВ – коэффициент учитывающий квалификацию , К_КВ=0,9

П_Э=61*0,85*0,9=46,7 м³/ч

Задание 2. Определение усилия и производительности рыхлителя

Исходные данные:

Заглубление h_р=0,7 м;

Глубина промерзания h_пром=1 м;

Ширина наконечника S=10,5 см;

Угол рыхления

Масса рабочего органа m_р.о=6,2 т;

Количество зубьев z=1;

Длина пути забора грунта l₁=10 м;

1. Определение усилия рыхлителя:

, кН

где: С_уд-количество ударов ударника ДОРНИИ С_уд=100

коэффициент характеризующий свободное резание     

 коэффициент характеризующий заточку

 кН

2. Определение производительности рыхлителя:

а) Определение транспортной производительности.

 м³/ч

Где: V- скорость V=2,6 км/ч =0,72 м/с

h_р- глубина рыхления h_р=0,7 м

в_р- ширина рыхления в_р= zh_р=10.7=0.7 м

Z- количество зубьев Z=1

К₁- коэффициент снижения рабочей скорости равен 0,8

К₂- коэффициент уменьшения толщины рыхления грунта равен 0,7

К₃- число проходов по одному месту К₃=2

К₄- число проходов в поперечном направлении К₄=3

Время набора грунта

 с

 м³/ч

а) Определение эксплуатационной производительности.

 м³/смен

Где: К_в- коэффициент использования техники равен 0,85

При толщине разрабатываемого слоя грунта H=1 м

Определим площадь разрабатываемого участка

 м²

L= м

Определим время цикла

;

c;  с;

дополнительное время для подготовки, переключение скоростей,естественные нужды t₄= 40 с.

 с

Определим число циклов за час работы

Определим коэффициент потерь грунта при транспортировании

Определим производительность бульдозера

 м³/ч

К_р- коэффициент разрыхленности равен 1,45

 м³/ч

Определим время выталкивания

 часа.

Задание 3. Тяговый расчет и определение производительности скрепер

Исходные данные:

Ширина ковша В=3,04 м;

Высота стружки h_стр=0,3 м;

Масса скрепера m=11000 кг;

Вместимость ковша q=10 м³;

Расстояние перемещения грунта L _перем=500 м; i=0,03; 2000 кг/м³;

грунт-глина;

Расстояние разгрузки L_разгр = 12м

Мощность двигателя N_дв=200 л.с.;

1. Тяговый расчет

Должно выполняться условие:

 тяговое усилие при заданной скорости определяется по формуле:

 , ;

V=2,6 км/ч =0,72 м/с

кН

 сила тяги по сцеплению, определяется по формуле:

, Кн

j_сц- коэффициент сцепления j_сц=0,9

G_сц-сцепной вес

G_сц=G_{б.м. сц}+G_{скр сц}

G_{б.м. сц}- сцепной вес базовой машины равен 173,1 кН

G_{скр сц}- сцепной вес скрепера

G_{скр сц}=mg=110009.8*1,2=129,36 кН

G_сц=129,36+188,16=317,52 кН

 кН

 суммарное сопротивление

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ , кН

а) Сопротивление резанию.

W₁=kbh, кН

где: k-коэффициент удельного сопротивления грунта резанию k=70 кН/м²

b- ширина срезаемого слоя в=3,04 м

h- толщина срезаемого слоя h=0,3 м

W₁=700003,040,3=63,8 кН

б) Сопротивление перемещению призмы волочения перед скрепером

W₂=ybH²g кН

где: m₂- сопротивление грунта по грунту. m₂=0,5, y=0,5;

H-высота слоя грунта в ковше равна 1,5 м

плотность грунта равна 2000 кг/м³

W₂=0,53,041,5²20009,8(0,5-0,03)=31,5 кН

в) Сопротивление от веса срезаемого слоя грунта, движущегося в ковше, кН

W₃=bhHg =3,040,31,520009,8=27,7 кН

г) Сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше

W₄=bH²Xg кН

где: X-коэффициент, учитывающий влияние рода грунта равен 0,3

W₄=3,041,5²20000,39,8=40,2 кН

д) Сопротивление движению скрепера

W₅= (G_скр+G_гр)  (f)

где: f-коэффициент сопротивления качения f=0,2

G_скр- вес скрепера, кН, G_гр- вес грунта в ковше, кН

К_р= коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера равен 1,3

W₅= (107,8+150,7)  (0,2-0,03)=44 кН

=63,8+31,5+27,7+40,2+44=207,2 кН

Мощности двигателя тягача не достаточно для набора грунта, по этому данный скрепер может применяться только в паре с толкачом.

2. Определение производительности скрепера

 м³/ч

где: q- геометрическая вместимость ковша равна 10 м³

К_В- коэффициент использования рабочего времени 0,85

К_Р- коэффициент рыхления 1,3

К_Н- коэффициент наполнения 0,8

Т_Ц- продолжительность цикла, с

где: l₁- длина пути заполнения равна 13 м

U₁- скорость движения при заполнении ковша равна 0,72 м/с

L₂- длина пути транспортирования грунта равна 500 м

U₂- скорость движения груженого скрепера равна 2,5 м/с

L₃- длина пути разгрузки равна 12 м

U₃- скорость движения скрепера при разгрузке равна 2 м/с

l₄- длина пути порожнего скрепера равна 525 м

U₄- скорость движения порожнего скрепера равна 2.75 м/с

t_доп-время на подъем и опускание ковша, переключение скоростей

t_доп= 30 с.

Определим длину пути, заполнения ковша скрепера

l₁= м

где: К_П- коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков К_П=1,3

l₁= м

 с

 м³/ч

Задание 4. Перерасчет показателей бульдозера по формуле Зеленина

Исходные данные:

Натуральные размеры: В_Н=3,65 м; H_Н=1,27м;

Размеры модели: В_М=0,8 м; H_М=0,4 м; h_М=5 см; С_М=1; =55^о; 1600 кг/м³; 0.7;

1. Определим масштаб:

К_С= - по высоте

К_С= - по ширине

Средний масштаб К_С=4

2. Перерасчет натуральных параметров:

H_Н= К_СH_М=40,4=1,6 м

В_Н= К_С В_М=40,8=3,2 м

С= К_СС_М=41=4

h_стр= К_Сh_М=45=20 см = 0,2 м

h_М- толщина стружки создаваемая отвалом модели

Суммарное усилие

а) в пересчете

В-ширина отвала равна 3,65 м

    угол резания равен 55^о

К_СЖ- коэффициент сжатия равен 0,02156 н/м²

V_ПР- объем призмы

V_ПР= м³

К_ПР- коэффициент зависящий от характера грунта равен 0,85

 пригрузочный коэффициент, зависящий от высоты бульдозерного отвала равен 2

3. Определим max погрешность:

- суммарное сопротивление, возникающие при лобовом резании и транспортировании грунта по горизонтальной поверхности, из первого расчетного задания =111,6 кН

4. Определение сопротивления перемещения:

G_СЦ- сцепной вес , G_СЦ=G_БМ1,22=156,81,22=191,3 кН

f- коэффициент сопротивления качению равен 0,06

 кН

5. Определение мощности на процесс копания:

 кВт

N_ДВ- мощность двигателя , N_дв=147,2кВт

Мощность по сцеплению

коэффициент сцепления равен 0,9

 кВт

205 > 147,2 > 92,5