Тяговый расчет бульдозера. Определение зависимости силы сопротивления от параметров резания

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_φ = G_сц · φ_сц ,

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

φ_сц - коэффициент сцепления движителя с грунтом;

φ_сц = 0,7 ÷ 0,9.

Т_φ = G_сц · φ_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

) Ширина отвала

Ширина отвала подбирается таким образом, чтобы габариты отвала перекрывали габариты базовой машины

В = В_т + 2 · δ ,

где Вт - ширина трактора, м;

δ - перекрытие габарита трактора, м;

δ = 0,1 - 0,2 м.

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

) 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_φ ,

где Т_φ - сила тяги по сцеплению в тоннах.

Т_φ = 8 000 Н = 0,8 тонн

Н = 500 · - 5 · 0,8 = 460,16 мм ,

Тяговый расчет бульдозера

Условие расчета

Т_φ ≥ 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 = 68400 Н

) Сила сопротивления перемещению призмы волочения

W_пр = V_пр · γ · g · μ₂ ,

где V_пр - объем призмы волочения, м³;

γ - плотность грунта, кг/м³;

γ = 1,5 ÷ 2,5 т/м³; принимаю 2,0 т/м³

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

μ₂ - коэффициент внутреннего трения грунта;

μ₂ = 0,5 ÷ 0,7. принимаю μ₂ = 0,6

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 · γ · g · μ₂ = 0,5 · 2000 · 9,8 · 0,6 = 5880 Н

) Сила сопротивления движению грунта вверх по отвалу

W_во = V_пр · γ · g · μ₁ · cos²α ,

где μ₁ - коэффициент трения грунта по металлу;

μ₁ = 0,35 ÷ 0,8; принимаем 0,5

α - угол резания, град;

α = 30 ÷ 50º. Принимаем 45º

W_во = V_пр · γ · g · μ₁ · cos²α = 0,5 · 2000 ·9,8 ·0,5 · 0,707² = 2449 Н

) 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

) Сила трения ножа отвала о грунт

W_тр = G_отв · μ₁ ,

где G_отв - вес отвала бульдозера, Н.

W_тр = G_отв · μ₁ = 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 = 68400+5880+2449+1800+1500 = 48996,5

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.

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

Вариант 42

Исходные данные:

В = 2400 мм

S = 8 см

β₀ = 0,9

Свободное резание

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

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

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

Исходные данные:

В - ширина режущего ножа;

S - толщина элементарного профиля;

β₀ - коэффициент, учитывающий угол заострения;

μ - коэффициент, учитывающий виды резания.

μ = 0,79 (свободное резание).

) 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 ∙ α) ∙ (1 + 0,03 ∙ S) ∙ β₀ ∙ µ ∙ g ,

где С_у - число ударов плотномера ДорНИИ, шт; h = 8 см - толщина срезаемой стружки, см; L - длина режущей кромки, м; α - угол резания, град,; S = 8 см - толщина элементарного профиля, см; β₀ - коэффициент, учитывающий влияние угла заострения, β₀ = 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

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.

) Определение зависимости силы сопротивления грунта резанию от угла резания.

Теория Зеленина А.Н.

α = 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

α = 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

α = 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

α = 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.