Специальное рабочее оборудование для НТТМ промышленного назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛГОГРАДСКТЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.П. Шевчук, М.В. Ляшенко, В.В. Шеховцов, А.В. Победин, К.О. Долгов, А.О. Пивоваров, Н.В. Кривошеев

Специальное рабочее оборудование для НТТМ промышленного назначения

Учебное пособие

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение»

ВолгГТУ

Волгоград 2013



УДК 621.86 (075)

Рецензенты:

Кафедра «Строительные и дорожные машины и оборудование», Волжского института строительства и технологий (филиал) Волгоградского государственного архитектурно-строительного Университета, зав. кафедрой д-р техн наук, проф. В.М.Рогожкин, доцент, к.т.н. Е.В. Павлов, доцент, к.т.н. Н.Н. Гребенникова;

профессор кафедры «Механика» Волгоградского государственного аграрного университета, д.т.н. В.М. Герасун.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета, Шевчук, В.П.

Специальное рабочее оборудование для НТТМ промышленного назначения: учеб. пособие / В.П. Шевчук, М.В. Ляшенко, В.В. Шеховцов, А.В. Победин, К.О Долгов,А.О. Пивоваров, Н.В. Кривошеев. - Волгоград: ВолгГТУ, 2013. - 112 c.

ISBN

Представлен учебный материал, касающийся, расчёта рабочего оборудования широко распространённых машинотракторных агрегатов промышленного назначения, включая: одноковшовый экскаватор, экскаватор непрерывного действия, бульдозер, автогрейдер, грейдер-элеватор, скрепер, трубоукладчиков.

Содержит основные положения теории применительно к вопросам расчёта машин промышленного назначения. Приведены исходные данные для определения параметров их рабочих органов, и даны алгоритмы их решений.

Предназначено для студентов специальности «Автомобиле- и тракторостроение» со специализацией «Наземные транспортные средства для трубопроводных транспортных систем», а также для обучающихся в магистратуре по программам «Тракторы» и «Наземный транспорт».

Пособие может быть также полезным для инженерно-технических работников и управляющего персонала предприятий автотракторостроения и нефтегазового комплекса РФ, занимающихся конструированием, испытанием и эксплуатацией колесных и гусеничных машин, работающих в составе наземных тягово-транспортных машин промышленного назначения.



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАСЧЕТ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА

РАСЧЕТ АВТОГРЕЙДЕРА

РАСЧЕТ ГРЕЙДЕР-ЭЛЕВАТОРА

РАСЧЕТ СКРЕПЕРА

РАСЧЕТ ТРУБОУКЛАДЧИКА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день тракторы и тягово-транспортные средства с разными рабочими органами используется в сельском хозяйстве, в промышленности, в строительстве для производства сложных земляных работ, в бурении и добычи полезных ископаемых, на лесоразработках, при прокладке нефтегазопроводов и т.д. Земляные работы - важная часть строительного производства. Совершенствование землеройной техники связано с реализацией перспективных тенденций развития машиностроения: компьютеризации, интеллектуализации, эргономизации, экологизации, повышения ресурса техники, обеспечения высокого уровня сервиса и др.

Многоцелевое использование тракторов и тягово-транспортные средств характеризуется целым рядом специфических особенностей их эксплуатации, таких как цикличность технологических процессов, неравномерность загрузки машинно-тракторного агрегата (МТА), повышенный динамический режим и вибрация. Одной из главных причин колебания тяговой нагрузки является необходимость выполнения различных технологических процессов работы с изменяющимися в широком диапазоне тяговыми усилиями и скоростями движения.

В данном учебном пособии приведены зависимости для определения параметров и материалы по выбору машин. Приведена система расчетных формул.

Каждая работа содержит варианты выполнения с необходимыми исходными данными и пример выполнения и оформления.



РАСЧЕТ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета одноковшовых экскаваторов и рассчитать:

- потребную мощность для работы поворотного, напорного и подъёмного механизма;

- провести тяговый и статический расчет экскаватора

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, выбрать основные параметры, рассчитать потребную мощность для работы поворотного, напорного и подъёмного механизма, провести тяговый и статический расчет экскаваторов.

Теоретическая часть

Слово экскаватор происходит от латинского exavo - долбить, выдалбливать. Однако в результате развития и совершенствования конструкций сменного рабочего оборудования область применения одноковшовых экскаваторов значительно расширилась. Их используют во всех видах строительства: водохозяйственном, промышленном, гражданском, дорожном и др.

Рабочий процесс одноковшового экскаватора в общем случае включает в себя четыре основные операции: отделение грунта от массива (операция отделения); захват грунта ковшом и его заполнение (операция заполнения); транспортирование заполненного ковша к месту выгрузки (операция транспортировки); разгрузка грунта в отвал или в транспортные средства (операция разгрузки); возврат в забой.

Выбор основных параметров. Большинство параметров проектируемых экскаваторов можно определить на основании законов подобия и обобщения отечественного и зарубежного опыта, экскаваторостроения. Н. Г. Домбровский предложил применительно к линейным (А), массным (т), мощностным (N), силовым (S) показателям, продолжительности (t) рабочих движений и вместимости ковша (q) следующие зависимости:

(1.1)

Для строительных экскаваторов типоразмеры определяются, вместимостью ковша (Приложение 3, табл. 1 и табл. 2).

Для экскаваторов с ковшом вместимостью q=0,1-1,75м3масса, усилие на режущей кромке ковша Р подъема S связаны уравнениями:

m=(15-31)·q; Р=(65 - 67)·q; S=(180 - 200)·q.

Скорость рабочих движений. На блоке ковша прямой лопаты при стандартном оборудовании скорость принимается в зависимости от вместимости ковша: при q = 0,25...0,50 м3 = 0,5 м/с; при q = 4...6 м3 = 1 м/с; при удлиненном оборудовании указанные скорости увеличиваются на 15...20%. Скорость напорного движения =(0,5... 1,0) , скорость возврата рукояти = (1,3 ... 1,5). Для рабочего оборудования обратная лопата скорость тяги = 0,35...0,45 м/с; скорость подъема = 0,25 ... 0,30 м/с. Для рабочего оборудования драглайн = 0,7... 0,9 м/с и = 0,8... 1,2 м/с для универсальных строительных экскаваторов; = 1,0 ... 1,5 м/с и = 1,5... 1,8 м/с для карьерных экскаваторов.

Определение усилий в рабочем оборудовании. Сопротивление грунта копанию ковшом Ро экскаватора состоит из касательной Ро1и нормальнойРо2 составляющих, определяемых усилиями резания, наполнения и перемещения призмы волочения:



; (1.2)

Ш, (1.3)

где -удельное сопротивление грунта копанию, Н/м2; b, с-ширина режущей кромки ковша и толщина разрабатываемой стружки, м; ш - коэффициент отношения составляющих усилия копания.

На рисунке 1.1,а представлена расчетная схема работы прямой лопаты с приложением действующих в процессе копания сил: I-начало копания; II-конец копания на полном вылете ковша (на уровне оси напорного вала); III-положение груженого ковша при максимальных высоте подъема и выдвижении рукояти.

Наибольшая толщина срезаемой стружки соответствует положению II, при котором обеспечивается 100%-ноенаполнение ковша:

; (1.4)

. (1.5)

Подъемное усилие на блоке ковша в процессе копания

. (1.6)

Усилие напора

(1.7)



Мощность механизмов подъема и напора

; (1.8)

; (1.9)

, (1.10)

где зп и зн- соответственно КПД подъемного и напорного механизмов; Sпи Sн-в Н; vни vп-в м/с.

Обычно при одномоторном приводе выполняются соотношения:

; (1.11)

. (1.12)

На рисунке 1.1, б представлена расчетная схема работы обратной лопаты с приложением действующих сил в процессе копания. За расчетное положение принято положение III в конце копания, соответствующее максимальной реакции грунта, полному заполнению ковша и максимальным плечам сил.



Рис. 1.1 - Расчетная схема работы экскаваторов: а - прямой лопаты; б - обратной лопаты; в - драглайна; г - определение оптимального противовеса для рабочего оборудования прямой лопаты

Схемы к расчету рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов: а - прямой лопаты; б- обратной лопаты; в- драглайна; г- определение оптимального противовеса для рабочего оборудования прямой лопаты; rп,r1,r2,r3,rт,rпр,rпп,rс/,rс//- плечи сил соответственно подъёма ковша, касательной составляющей копания, тяжести ковша с грунтом, тяжести рукояти, тяги ковша, тяжести противовеса, тяжести механизмов на поворотной платформе, тяжести стрелы при угле наклона 60 и 45°; gc, gp, gк+г, gпр, gп.п- силы тяжести соответственно стрелы, рукояти, ковша с грунтом, противовеса; механизмов на поворотной платформе; Нн- высота до напорного вала;б, в, ци г- углы наклона стрел, рукояти, подъемного полиспаста и откоса котлована.



Усилие подъема стрелы (?М0=0) от сил тяжести

, (1.13)

где ri - плечисоответствующих сил gi относительно оси шарнира стрелы (точка О), м.

Расчетное тяговое усилие ковша обратной лопаты для положения конца копания (?Ма=0):

, (1.14)

где ri - плечи соответствующих сил относительно оси шарнира крепления рукояти к стреле, м.

Мощность механизмов тяги и подъема:

; (1.15)

; (1.16)

. (1.17)

На рисунке 1.1,впредставлена расчетная схема работы драглайна. Масса ковша вместимостью q определяется по следующим эмпирическим формулам (в зависимости от категории грунта):

для легких грунтов ; (1.18)

для средних грунтов ; (1.19)

для тяжелых грунтов . (1.20)

Усилие тяги

. (1.21)

Для выполнения процесса копания грунта необходимо, чтобы массы ковша было достаточно для его заглубления:

. (1.22)

Устойчивое движение достигается, если ,в противном случае ковш переворачивается усилием Sт вокруг точки О. Усилие в подъемном и тяговом канатах при транспортировании ковша определяется графически по треугольнику сил.

Мощность, потребная для работы поворотного и ходового механизмов. Продолжительность поворота составляет от 60 до 80% всей продолжительности цикла.

При определении сопротивления повороту вращающейся части экскаватора учитываются силы трения, возникающие в опорном устройстве: силы, появляющиеся при отклонении оси вращения от вертикали, и силы инерции элементов вращающейся систем.

Вращающие моменты:

в период разгона

; (1.23)

в период торможения



, (1.24)

где Мтрен-вращающий момент от сил трения, отнесенный к поворотной платформе, Нм; Мн-вращающий момент, возникающий вследствие отклонения оси вращения экскаватора от вертикали (обычно на 10-12°), Нм; Мин-вращающий момент от сил инерции, возникающих при вращении поворотной платформы со стрелой и грузом в период разгона и торможения, с учетом инерции вращающих масс механизмов, Нм;Мд-вращающий момент вала двигателя, Нм; и- передаточное число от двигателя до венца поворотного механизма; -КПД поворотного механизма; Мтд- тормозной момент на валу двигателя, Нм.

Вращающий момент (Нм) от сил трения:

для роликов с осями, закрепленными в поворотной платформе:

; (1.25)

для свободных роликов

, (1.26)

где R- средний радиус круга катания, м; m- масса поворотной части экскаватора, кг; g=9,8 м/с2; r- радиус ролика, м; - коэффициент трения ролика на оси; =0,05- 0,10 м; d- диаметр оси ролика, м; - плечо трения качения, см; =0.05- 0,08 см.

Вращающий момент сил от наклона экскаватора (Нм)



, (1.27)

где - радиус центра тяжести поворотной части, м; =10- 12°- угол отклонения оси вращения от вертикали.

Вращающий момент (Нм) от сил инерции

, (1.28)

где - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей привода механизма поворота (см. ниже); - максимальное угловое ускорение, рад/с2; - суммарный момент инерции вращающейся части экскаватора относительно оси поворотной платформы, кгм2.

Максимальное угловое ускорение (рад/с2)

, (1.29)

где - максимальная угловая скорость, рад/с;

, (1.30)

гдес - коэффициент, зависящий от привода экскаватора (табл. 1.1); Nmax - максимальная установочная мощность привода, кВт; - КПД поворотного механизма; =0,85; в- угол поворота платформы, рад; tр(т) - продолжительность разгона (торможения), с.



Таблица 1.1 - Коэффициенты k1и с для различных приводов

Тип привода	Коэффициенты
	k1	с
Одномоторный с фрикционным включением	1	88
Шунтовый двигатель с индивидуальными генераторами	1,3	137
ДВС с гидропреобразователем	4	220

Момент инерции (кгм2) вращающихся деталей привода относительно собственных осей

, (1.31)

где т-масса детали, кг; D- диаметр детали, м; ki- коэффициент, учитывающий тип сборочной единицы или детали; k2=8- сплошные валы и оси; k2=7- блоки, звездочки, шкивы муфт и тормозов, ведущие и направляющие колеса гусениц; k2=9- муфты; k2=6- литые и сварные барабаны. Момент инерции (кгм2) металлоконструкций стрел и рукоятей относительно оси поворотной платформы (при незначительном изменении их масс по длине)

, (1.32)

где - масса стрелы (рукояти),кг; R, r- расстояния от оси вращения до конца стрелы (рукояти). Мощность (кВт) для работы поворотного механизма

, (1.33)



где Мпов- в кН; - в рад/с.

Тяговый расчет. Для гусеничных экскаваторов в общем случае суммарное сопротивление передвижению (Н):

При б=15° - 17°, f=0,1- 0,15

. (1.34)

При б=8° - 10°(крупные экскаваторы)

, (1.35)

где G- сила тяжести экскаватора.

Мощность потребная для передвижения экскаватора с заданной скоростью:

, (1.36)

где - в Н, v - м/с,з - КПД трансмиссии.

Статический расчет. В задачи статического расчета входят: выбор противовеса для уравновешивания поворотной платформы, определение условий устойчивости экскаватора, определение усилий в опорных роликах поворотного круга и реакций центральной цапфы (или захватных роликов), определение удельных давлений на грунт и опорных реакций.

При уравновешивании поворотной платформы необходимо выполнить два основных условия (требования): при любых возможных положениях поворотной платформы и рабочего оборудования с порожним или груженым ковшом равнодействующая масс вращающихся частей не должна выходить за периметр многоугольника, построенного через опорные катки с поворотным кругом; для всевозможных положений перемещение равнодействующей вперед или назад от центральной цапфы должно быть одинаковым. Поворотная платформа уравновешивается для каждого вида рабочего оборудования своим противовесом.

Рассмотрим методику выбора противовеса. Для одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата (рис. 1.1, г) в основу определения рационального противовеса положено второе условие уравновешивания. Равнодействующую масс поворотной платформы и рабочего оборудования смещают в два крайних положения.

Начало копания: ковш опирается на грунт, его сила тяжести и сила тяжести рукояти не оказывают влияния на равновесие платформы, стрела поднята под максимальным углом = 60°,в равновесии платформы участвуют масса стрелы (тс),масса противовеса (тпр)и масса поворотной платформы (тпп)со всеми механизмами и узлами без противовеса и рабочего оборудования. Силы тяжести будут:

. (1.37)

Расчетный вылет ковша, полностью загруженного грунтом: стрела установлена под минимальным рабочим углом =35...40°. В равновесии платформы участвуют массы: тс, тр- масса рукояти, mк+г- масса ковша с грунтом, тпр, т1.По этим массам определяют силы тяжести:

. (1.38)

Выдвижение рукояти:

при q= 0,25- 0,75 м3 l= lхода/2; (1.39)

при q=1,0- 1,5 м3 l=(2/3)lхода; (1.40)

при q= 1,5- 3 м3 l=lхода. (1.41)

Равнодействующие сил тяжести в соответствующих положениях:

; (1.42)

. (1.43)

Результирующие опрокидывающие моменты относительно оси поворотной платформы:

; (1.44)

--. (1.45)

Смещение равнодействующей относительно оси центральной цапфы:

bI =MI/RI<а; (1.46)

bII = MII/RII<b; (1.47)

bII/bI = 1,0-1,1. (1.48)

При соблюдении этих условий найденный противовес принимается как наиболее рациональный.

Противовес для обратной лопаты выбирают из двух расчетных положений: I-порожний ковш находится на максимальном вылете перед началом копания; II-груженый ковш вышел из забоя.

Расчетные положения для драглайна: I- ковшлежит на земле, б=бmax= =45°; II -груженый ковш находится на расчетном вылете при б=dmin=25- 30°, q=0,25- 0,5 м3, Lp=0,75L, q=0,5- 1,0 м3, Lp=0,80L, q>1,0 м3LP = L, где L- полный вылет ковша, м.



Контрольные вопросы

Дайте понятие экскаватора и область его применения.

Как определяется скорость рабочих движений?

Как рассчитывается мощность механизмов подъема и напора?

От каких параметров зависит момент инерции вращающихся деталей привода?

Чему равно суммарное сопротивление передвижению для гусеничных экскаваторов?

При каких условиях противовес принимается как наиболее рациональный?

Что входит в задачи статического расчета одноковшового экскаватора?

Какие получаются результирующие опрокидывающие моменты относительно оси поворотной платформы?

Перечень вариантов заданий

вариант	грунт	вместимость ковша q. м3	тип экскаватора	b, м ширина режущей кромки ковша	скорость перемещения V м/с	тип привода	рассчитать
1	1	0,1	прямая	0,5	8	Одномоторный	Vп, Vн, Vвозв,Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
2	2	0,3	обратная лопата	0,6	7,5	Шунтовый двигатель	Vп, Vн, Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
3	3	0,5	драглайн	0,7	7	ДВС с гидропреобразователем	Vп, Vн, Ро,mк,Sп,Sн,N,Mпов
4	4	0,7	прямая	0,8	6,5	Одномоторный	Vп, Vн, Vвозв,Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
5	1	0,9	обратная лопата	0,9	6	Шунтовый двигатель	Vп, Vн, Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
6	2	1,1	драглайн	1	5,5	ДВС с гидропреобразователем	Vп, Vн, Ро,mк,Sп,Sн,N,Mпов
7	3	1,3	прямая	1,1	5	Одномоторный	Vп, Vн, Vвозв,Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
8	4	1,5	обратная лопата	1,2	4,5	Шунтовый двигатель	Vп, Vн, Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
9	1	1,7	драглайн	1,3	4	ДВС с гидропреобразователем	Vп, Vн, Ро,mк,Sп,Sн,N,Mпов
10	2	1,9	прямая	1,4	3,5	Одномоторный	Vп, Vн, Vвозв,Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
11	3	2,1	обратная лопата	1,5	3	Шунтовый двигатель	Vп, Vн, Ро,Sп,Sн,Nп ,Nн,N,Mпов
12	4	2,3	драглайн	1,6	2,5	ДВС с гидропреобразователем	Vп, Vн, Ро,mк,Sп,Sн,N,Mпов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пример выполнения лабораторной работы

Выбор основных параметров. Большинство параметров проектируемых экскаваторов можно определить на основании законов подобия и обобщения отечественного и зарубежного опыта, экскаваторостроения. Н.Г. Домбровский предложил применительно к линейным (А), массным (т), мощностным (N), силовым (S) показателям, продолжительности (t) рабочих движений и вместимости ковша (q) следующие зависимости:

НН==9,2 (м) (т)

=11,1(м) =10,2(м)

=4,1(м) =9,2(м)

=9,2(м) =11,6(м)

=16,7(м) gр==11200(Н)

gр+г==28000(Н) gС==16000(Н)

Скорость рабочих движений. На блоке ковша прямой лопаты при стандартном оборудовании скорость принимается в зависимости от вместимости ковша: при q = 0,25...0,50 м3 = 0,5 м/с; при q = 4...6 м3 = 1 м/с;

q = 2,0 м3 принимаем = 0,5 м/с;

Скорость напорного движения =(0,5... 1,0) ; принимаем = 0,5 м/с;

Скорость возврата рукояти = (1,3 ... 1,5)=1,5 =0,75 м/с;

Определение усилий в рабочем оборудовании. Сопротивление грунта (Н) копанию ковшом (Ро) экскаватора состоит из касательной и нормальной составляющих, определяемых усилиями резания, наполнения и перемещения призмы волочения:

;

где - удельное сопротивление грунта копанию, Н/м2; b, с -ширина режущей кромки ковша и толщина разрабатываемой стружки, м; ш - коэффициент отношения составляющих усилия копания. ( -выбрать из приложения №2).

Наибольшая толщина срезаемой стружки (м) соответствует положению II, при котором обеспечивается 100%-ное наполнение ковша:

==0,33

где кр=1,3 - коэффициент разрыхления грунта

(Н)

(Н)

(Н)



Подъемное усилие (Н) на блоке ковша в процессе копания

=(Н)

Усилие (Н) напора

= (принять )

Мощность (кВт) механизмов подъема и напора

(кВт)

(кВт)

=22,1+14,4=36,5 (кВт)

где , - соответственно КПД подъемного и напорного механизмов(кпд принять равным 0,7-0,9); и - в Н; и - в м/с.

Мощность, потребная для работы поворотного и ходового механизмов. Вращающие моменты (Н-м):

в период разгона



в период торможения

где - вращающий момент от сил трения, отнесенный к поворотной платформе, Н-м; - вращающий момент, возникающий вследствие отклонения оси вращения экскаватора от вертикали (обычно на 10... 12°), Н-м; - вращающий момент от сил инерции, возникающих при вращении поворотной платформы со стрелой и грузом в период разгона и торможения с учетом инерции вращающих масс механизмов, Н-м; Мд - вращающий момент вала двигателя, Н-м; и - передаточное число от двигателя до венца поворотного механизма(принять 20-40); - КПД поворотного механизма(принять 85%); Мт.д.-тормозной момент на валу двигателя, Н-м.

Вращающий момент (Н-м) от сил трения:

для свободных роликов

(Нм)

где R- средний радиус круга катания, м(принять 0,5-2); m - масса поворотной части экскаватора, кг(m=65-80%mэкспл); g=9,8 м/с2; r - радиус ролика, м(принять равным 0,05-0,4); - плечо трения качения, см; =0,05 ... 0,08 см.

Вращающий момент сил от наклона экскаватора (Н-м)

(Нм)

где - радиус центра тяжести поворотной части, м(принять равным 0,01-0,15); =1O...12°- угол отклонения оси вращения от вертикали.

Вращающий момент (Н-м) от сил инерции

(Нм)

где - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей привода механизма поворота (см. приложение); - максимальное угловое ускорение,. рад/с2 (принять 0,1-0,6); - суммарный момент инерции вращающейся части экскаватора относительно оси поворотной платформы, кг-м2.(в пределах 105-3*106).

Мощность (кВт) для работы поворотного механизма

(кВт)

где Мпов - в кН; - в рад/с.

- продолжительность разгона (торможения), с.(1-5с)

Тяговый расчет. Для гусеничных экскаваторов в общем случае суммарное сопротивление передвижению (Н):

При (крупные экскаваторы)

(Н)



где G - сила тяжести экскаватора.

Мощность (кВт), потребная для передвижения экскаватора с заданной скоростью:

(кВт)

Где - в Н, -м/с, - кпд трансмиссии.

Статический расчет. Задание: подобрать противовес (принять равным 0,05-0,3 mпп)

mпр=0,2 mпп=0,2*53200=10640(кг)

примем gпп=90кН

Начало копания (положение I):

Силы тяжести будут:

gс = тс g; gПР = mnpg; g1 = mППg.

gс =16000(Н); gПР = mnpg=90000(Н); g1 =53200*9,8=521360(Н)

Расчетный вылет ковша, полностью загруженного грунтом: стрела установлена под минимальным рабочим углом =35...40° (положение II)

gp = mpg; gK+Г = mK+Г g.

gp = 11200(Н); gK+Г =28000(Н)

Равнодействующие сил тяжести в соответствующих положениях:

RI = g1 + gпp+gС=521360+90000+16000=627360(Н)

RII = g1 + gпp+gС +gР +gк+г=521360+90000+16000+11200+28000=666560(Н)



Результирующие опрокидывающие моменты относительно оси поворотной платформы: (rпр принять конструктивно)

MI= g1r1 + gпprпр + gСrcI=521360*0,05+90000*1+16000*9,2=263268(Нм);

MII = gСrcII + gрrр +gк+г - g1r1 - gпprпр=16000*11,6+11200*16,7+28000-521360*0,05-90000*1=284572(Нм)

Смещение равнодействующей относительно оси центральной цапфы:

bI =MI/RI=263268/627360=0,419(м);

bII = MII/RII=286372/666560=0,429(м);

bII/bI = 1,0 ... 1,1. bII/bI = 0,429/0,419=1,02

условие соблюдается - найденный противовес принимается как наиболее рациональный gпп=90кН.

РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета экскаваторов непрерывного действия.

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, выбрать основные параметры, рассчитать производительность и баланс мощности экскаватора.

Теоретическая часть

Экскаваторами непрерывного действия называют самоходные землеройные машины с активными рабочими органами, которые одновременно и непрерывно копают, транспортируют и разгружают грунт при движении всей машины. Благодаря принципу непрерывности рабочего процесса и использованию всего рабочего времени на экскавацию грунта эти экскаваторы по сравнению с одноковшовыми обеспечивают более высокую производительность и лучшие удельные показатели.

Производительность экскаваторов непрерывного действия. Для ЭНД с ковшовым рабочим органом эксплуатационная производительность (м3/ч) вычисляется по формуле:

, (2.1)

где kв-коэффициент использования машины по времени: непрерывного действия kв=0,85- 0,9; kн- коэффициент наполнения ковша; kр- коэффициент разрыхления грунта; q- объём ковша; n-число разгрузок ковшей в ед. времени n=v/l, где v и l - скорость (м/с) и шаг ковшей (м). Для многоковшовых цепных экскаваторов принимают n =0,33-0,66 c-1, для роторных карьерных - 1- 2 c-1, для роторных траншейных - 2,7- 2,9 c-1.

Таблица 2.1

грунт	I	II	III	IV
Kн	0,9-1,2	0,8-1,1	0,75-1,0	0,9-0,9
Kр	1,08-1,17	1,14-1,28	1,24-1,3	1,26-1,32

Для скребковых траншеекопателей, транспортирующих грунт в виде призмы волочения, теоретическая производительность

, (2.2)

где bc,hc- ширина и высота транспортного скребка, м; vц- скорость скребковой цепи, м/с; vц=1,5- 2,5 м/с; е-коэффициент, учитывающий степень заполнения межскребкового пространства грунтом.

При е=0,5 нерационально используется выносная способность скребков, то есть теоретическая производительность снижается более чем в 2 раза. цг= 30 - 45° - угол естественного откоса грунта в движении. (принимать е=0,5 - 1).

Техническая производительность:

, (2.3)

где bт,hт-ширина и глубина траншеи, м; vp - рабочая скорость передвижения траншеекопателя, м/с; - коэффициент, учитывающий потери грунта на раструску (пересыпание через скребок и обратное падение в траншею); =0,92 при vц=1 м/с; =0,75 при vц=2 м/с; =0,5 при vц=3 - 4 м/с.

Баланс мощности экскаваторов непрерывного действия. Его определяют для того, чтобы установить режим работы на рабочих скоростях и назначить максимальную транспортную скорость.

Для цепных траншеекопателей:

, (2.4)

где Nдвиг, Nцепи,Nпep, Nтр, Nнаc- мощности, расходуемые соответственно двигателем на привод цепного рабочего органа, передвижение экскаватора с рабочей скоростью, привод отвальных конвейеров и системы управления экскаватором (гидронасосы, механические лебедки), кВт.

Мощность расходуемая на привод цепного рабочего органа:



, (2.5)

где Nкоп, Nпод- мощность, расходуемая соответственно на копание грунта и его подъем из забоя до высоты выгрузки, кВт.

Мощностьрасходуемая на копание грунта:

, (2.6)

где Nкоп- удельное сопротивление копанию, Н/м2; kкоп=100000, 200000, 300000 и 400000 Н/м2 для грунтов I, II, III и IV категорий; kкоп=2(106-107) Н/м2 для мерзлых грунтов всех категорий; Пт- техническая производительность, м3/ч; Пт=bтhтvр; bт и hт- в м; vР- в м/ч; зц- КПД рабочей цепи; зц=0,60- 0,65 для свободно провисающей ковшовой цепи; зц=0,40- 0,45 для скребковой цепи.

Эта же мощность:

, (2.7)

где ?Rк- суммарная касательная составляющая реакция грунта на рабочий орган, Н; ?Rk=Rk1+Rk2+Rk3+…+Rki; RkI- касательные реакции, действующие на каждый ковш.

Мощность затрачиваемая на подъем грунта ковшовым рабочим органом:

, (2.8)

где г- удельный вес грунта ненарушенной структуры, Н/м3; Пт- в м3/ч; Нґ0- высота подъема грунта, м; hт- глубина копания,м.

Мощность затрачиваемая на подъем грунта скребковым рабочим органом:

, (2.9)

где fr- коэффициент трения грунта о грунт; в- угол наклона (град) траектории движения скребка к горизонту [50°- 75°].

Рис. 2.1

Мощность, расходуемая на передвижение экскаватора с рабочей скоростью:

, (2.10)

где F- суммарное сопротивление передвижению экскаватора с учетом реакций со стороны грунта на рабочий орган и уклона поверхности движения, Н; vP- в м/с; зпер- КПД передач, включая потери на трение в движителе;vp=Пт/3600bтhт, где bТ - ширина траншеи;hТ- глубина траншеи.

Величина

, (2.11)

где Ft- сопротивление передвижению экскаватора,

Н;F1=(mg+?Rв++Rнож в)(fo±i),

Н; т-масса экскаватора, кг; g=9,81 м/с2; ?Rв-вертикальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н;Rножв-вертикальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н; когда нож отсутствует, Rнож в=0;fо-сопротивление передвижению, Н; i-уклон поверхности движения; F2- суммарная реакция со стороны внешней среды на рабочее оборудование в направлении вектора vр, Н;

F2=?Rг+ Rнож г;

?Rг- горизонтальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; Rнож г- горизонтальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н.

Силы F1 и F2 определены из условия выполнения экскаватора по навесной системе; когда в конструкции имеются дополнительные опорные устройства (опорные колеса, лыжи и др.), то в формуле (2.11) необходимо учитывать дополнительные сопротивления от работы этих устройств.

Реакции

и , (2.12)

где kкоп - удельное сопротивление грунта копанию зачистным ножом, Н/м2; bт - ширина траншеи, м; с1 - толщина неровностей на дне траншеи, образуемых вследствие особенностей кинематики движения рабочих органов; c1=0,02 - 0,04 м; ш - коэффициент; ш=0,2 - 0,4. В случае если зачистной нож на дне траншеи одновременно прорезает лунку под укладку подземных коммуникаций, то реакцию Rнож.г определяют с учетом площади разрабатываемого сечения. Вертикальные и горизонтальные реакции со стороны грунта на рабочий орган:

; (2.13)

, (2.14)

где ?Rк - суммарная касательная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; ш - коэффициент; ш=0,15 - 0,45 для ковшей цепных экскаваторов; ш=0,8 - 1,0 для скребковых и дискофрезерных рабочих органов; ш=0,4 - 1 для ковшей роторных экскаваторов.

Суммарная касательная реакция со стороны грунта на рабочий орган:

ковшовый

(2.15)

скребковый

(2.16)

где Nкоп, кВт; vц, м/с.

Мощность на привод отвальных конвейеров определяют по упрощенной формуле:



, (2.17)

где Пт - вм3/ч; k1 - удельная мощность, расходуемая на единицу объема транспортируемого грунта, кВтч/м3; k1=0,03 кВтч/м3 для ленточных отвальных конвейеров при их длине L=3 - 5 м; k1=0,012 кВтч/м3 для двухсторонних шнековых отвалообразователей.

Мощность на привод системы управления

, (2.18)

где Fr - усилие в штоке подъемного гидроцилиндра, Н; (I - копание грунта на расчетной глубине, II - подъем рабочего оборудования, III - рабочий орган в горизонтальном положении); vшт - скорость штока рабочего силового цилиндра; vшт=0,05 - 0,10 м/с;зсум - суммарный КПД .

Для роторных траншейных экскаваторов мощность, расходуемая на привод ротора:

, (2.19)

где Nин - дополнительная мощность (кВт), затрачиваемая на сообщение частицам грунта кинетической энергии,

, (2.20)

где г - Н/м3; Пт - м3/ч; vокр - м/с, скорость резания vокр=1,6 - 2,7 м/с; g=9,8 м/с2; зр - КПД ротора, зр=0,7 - 0,8.

Контрольные вопросы

Дайте понятие экскаватора непрерывного действия.

Какие принципиальные отличия от одноковшового экскаватора?

Как рассчитывается эксплуатационная производительность ЭНД?

Каково число разгрузок ковшей в ед. времени для ЭНД?

От каких параметров зависит техническая производительность?

Для чего и как определяют баланс мощности экскаваторов непрерывного действия?

Как определяется вертикальные и горизонтальные реакции со стороны грунта?

Как рассчитывается мощность на привод отвальных конвейеров?

Перечень вариантов заданий

вариант	привод	рабочий орган	размер	грунт	hт,глубина копания,м	Ширина траншеи,м	трактор	масса,кг
1	цепной	ковш	0,03	1	3,5	0,6	т-40м	2850
2	цепной	скребок	0,3х0,2	2	3	-	ЮМЗ-6	3490
3	роторный	ковш	0,02	3	2,5	0,7	МТЗ-50	3100
4	цепной	ковш	0,04	4	2	0,8	МТЗ-80	3370
5	цепной	скребок	0,35х0,2	1	1,5	-	Т-150К	8135
6	роторный	ковш	0,03	2	1	0,9	К-700	13500
7	цепной	ковш	0,05	3	3,5	1	ДТ-75	8060
8	цепной	скребок	0,4х0,2	4	3	-	Т-74	6274
9	роторный	ковш	0,04	1	2,5	1,1	Т-150	7400
10	цепной	ковш	0,06	2	2	1,2	т-4	8420
11	цепной	скребок	0,45х0,25	3	1,5	-	ТДТ-55	9365
12	роторный	ковш	0,05	4	1	1,3	ДТ-75	8060

Пример выполнения лабораторной работы

Производительность экскаваторов непрерывного действия (ЭНД). Для ЭНД с ковшовым рабочим органом эксплуатационная производительность (м3/ч)

(м3/ч)

Техническая производительность (м3/ч)

(м3/ч)

Баланс мощности экскаваторов непрерывного действия.

Для цепных траншеекопателей

Nдвиг = Nцепи + Nпер + NTР +N НАС

где Nдвиг, Nцепи, Nпep, NTР, Nнаc- мощности, расходуемые соответственно двигателем, на привод цепного рабочего органа, передвижение экскаватора с рабочей скоростью, привод отвальных конвейеров и системы управления экскаватором (гидронасосы, механические лебедки), кВт.

Мощность (кВт), расходуемая на привод цепного рабочего органа,

Nцепи = (Nкоп + Nпод) /зприв= (кВт)

где Nкоп, Nпод - мощность, расходуемая соответственно на копание грунта и его подъем из забоя до высоты выгрузки, кВт; зприв - механический КПД привода от двигателя до турасного вала включительно.(0,8-0,9)

Мощность (кВт), расходуемая на копание грунта,

Nкоп = kкопПт/ (3600 * 103зЦ)(кВт)

где kкоп - удельное сопротивление копанию, Н/м2; kКОП=100 000, 200 000, 300 000 и 400 000 Н/м2 для грунтов I, II, III и IV категорий; Пт - техническая производительность, м3/ч; Пт=bтhтvр; bТ и hт- в м; vР - в м/ч; зЦ - КПД рабочей цепи; зЦ =0,60... 0,65 для свободно провисающей ковшовой цепи; зЦ=0,40 ... 0,45 для скребковой цепи.

Мощность (кВт), затрачиваемая на подъем грунта ковшовым рабочим органом,

Nпод=гПт(Н'0+0,5hт)/(3600*103зЦ)

(кВт)где г - (=0,8…2*104)удельный вес грунта ненарушенной структуры, Н/м3; ПТ - в м3/ч; Н'О - высота подъема грунта, м(принимается Н'О=30-50% hТ); hТ - глубина копания, в м. (Н'О=0,3*3,5?1)

Мощность (кВт), расходуемая на передвижение экскаватора с рабочей скоростью,

Nпер=Fvр/(103зпер)= (кВт)

где F - суммарное сопротивление передвижению экскаватора с учетом реакций со стороны грунта на рабочий орган и уклона поверхности движения, Н; vP - в м/с; зпер - КПД передач, включая потери на трение в движителе.(0,6…0,85)



((м/с),

где bТ - ширина траншеи, hТ -глубина траншеи, м )

Величина

F=F1+F2 =2813+280=3093 (Н)

где Ft-сопротивление передвижению экскаватора, Н;

F1=(mg+?RB+RHOЖ.В)(fo±i)=, Н;

т-масса экскаватора, кг; g=9,81 м/с2; ?RB - вертикальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; RHOЖ.В - вертикальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н; когда нож отсутствует, RHOЖ.В =0; f0=0,1 - сопротивление передвижению, Н; i=0 - уклон поверхности движения;

F2 - суммарная реакция со стороны внешней среды на рабочее оборудование в направлении вектора vР, Н;

F2=?RГ+ RHOЖ.Г,Н

?RГ - горизонтальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; RHOЖ.Г - горизонтальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н.

Реакции (Н)

RHOЖ.Г = kкопbтС1 (Н)

Rнож.в= шRнож.г(Н)

где kкоп - удельное сопротивление грунта копанию зачистным ножом, Н/м2; bт-ширина траншеи, м; с1 - толщина неровностей на дне траншеи, образуемых вследствие особенностей кинематики движения рабочих органов; c1= 0,02 ... 0,04 м; ш - коэффициент; ш=0,2 ... 0,4.

Вертикальные и горизонтальные реакции (Н) со стороны грунта на рабочий орган

где ?Rк - суммарная касательная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; в - [50-750]; ш - коэффициент; ш=0,15 ... 0,45 для ковшей цепных экскаваторов; ш=0,8 ... 1,0 для скребковых и дискофрезерных рабочих органов; ш=0,4 ... 1,0 для ковшей роторных экскаваторов.

Суммарная касательная реакция (Н) со стороны грунта на рабочий орган:

Ковшовый:

?Rк =103NКОП/vЦ(Н)

где Nкоп - в кВт; vЦ =1,5…2,5 м/с.

Мощность (кВт) на привод отвальных конвейеров определяют по упрощенной формуле

NTP=ПTk1(кВт)

где Пт - в м3/ч; k1 - удельная мощность, расходуемая на единицу объема транспортируемого грунта, кВт-ч/м3; k1=0,03 кВт-ч/м3 для ленточных отвальных конвейеров при их длине L=3 ... 5 м; k1=0,012 кВт-ч/м3 для двухсторонних шнековых отвалообразователей при L=0,3... 0,5 м.

Мощность (кВт) на привод системы управления

Nнас =Fгvшт/(103зсум) (кВт)

где Fr - усилие в штоке подъемного гидроцилиндра, Н(принять конструктивно 2000…20000Н); vшт - скорость штока рабочего силового цилиндра; vшт=0,05. ..0,10 м/с; зсум (=0,6…0,85)- суммарный КПД привода.

Для цепных траншеекопателей

Nдвиг = Nцепи + Nпер + NTР +N НАС=0,71+0,05+0,324+0,21?1,3(кВт)

РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета бульдозеров.

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, провести тяговый расчет бульдозера, расчет его производительности, расчет действующих сил.

Теоретическая часть

Бульдозер представляет собой навесное оборудование на гусеничный или колесный трактор (или тягач) в виде отвала криволинейного профиля, навешиваемого при помощи рамы или толкающих брусьев. Бульдозеры служат для послойного копания, планировки и перемещения грунтов и других материалов на расстояниедо 60 - 150 м при строительстве и ремонте дорог, каналов, дамб, котлованов и др. В зависимости от мощности и конструкции они могут работать на самых разнообразных грунтах и материалах, от болотистых и песчаных до взорванных или разрыхленных скальных пород.

Экономически выгодная дальность перемещения грунта зависит от тягового класса бульдозера, вида грунта и эксплуатационных условий. Обычно она не превышает 40 - 60 м.

Специальные бульдозеры предназначены для выполнения отдельных видов работ (разравнивания кавальеров, подземной разработки материалов, подводной разработки грунтов и т. п.) и работ в особых грунтовых или климатических условиях (при низких отрицательных температурах до 60°С, при тропической влажности и высоких температурах до 60°С и т. д.).

По типу механизма управления различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. Действующим стандартом рекомендуется преимущественно гидравлическая система управления. Она обеспечивает принудительное заглубление отвала в грунт, что имеет большое значение для бульдозеров с небольшой массой отвала и при работе на тяжелых грунтах. Выбор основных параметров. Главный параметр бульдозера - номинальное тяговое усилие, которое определяется на плотном грунте с учетом догрузки базовой машины массой рабочего оборудования.

Номинальное тяговое усилие бульдозера:

, (3.1)

где тб=тбм+тно - масса бульдозера, кг; тбм - масса базовой машины, кг; тно- масса навесного оборудования, кг; km- коэффициент использования массы по сцеплению; для гусеничных бульдозеров km - 1,0; для бульдозеров на базе пневмоколесных тягачей kmопределяется числом ведущих мостов;?сц- коэффициент сцепления; g=9,81 м/с2.

Скорость рабочего хода бульдозера выбирают в пределах 2,5 - 3,5 км/ч из-за утомляемости машиниста при ручном управлении, для безопасности работы и др.



Рис. 3.1 - Основные параметры отвалов: а - углы установки; б - параметры профиля

Вертикальное давление рв на режущей кромке отвала зависит от степени затупления ножей и системы управления отвалом (гидравлическое или канатно-блочное).

Таблица 3.1

Категория грунта	I	II	III	IV
рт, Н/см	До 150	200 - 300	400 - 550	Более 600
рв, МПа	До 1,0	1,2 - 2.0	2,5 - 3.5	Более 3,5

Основными параметрами бульдозера служат также среднее статическое давление и смещение центра давления. Эти параметры определяют статическим расчетом.

К основным параметрам отвала относятся (рис. 3.1): В - ширина отвала; H - высота отвала без козырька; д - угол резания при основной установке отвала; в - угол опрокидывания при основной установке отвала (угол между горизонталью и касательной к отвальной поверхности в верхней кромке отвала), е - угол наклона при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала.

Таблица 3.2

Параметры	Отвалы
	неповоротный	поворотный
д, град	55	50 - 55
е, град	75	75
в, град	70 - 75	60 - 75
вк, град	90 - 100	90 - 100
Радиус кривой части отвальной поверхности	R?H	R=(0,8 - 0.9)H
Длина прямой части внизу отвальной поверхности	По ширине ножей

Дополнительные параметры профиля отвала: Hк - высота с козырьком; вк - угол установки козырька при основном положении отвала (угол между горизонталью и плоскостью козырька);и - задний угол при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией, соединяющей режущую кромку среднего ножа с наиболее выступающим элементом конструкции внизу на тыльной стороне отвала).

Ширину неповоротного отвала В бульдозера выбирают минимально возможной из расчета перекрытия ширины базовой машины или выступающих в стороны элементов толкающей рамы не менее чем на 70 мм с каждой стороны. Для работы в легких грунтах ширину отвала В можно увеличить, применив удлинители и уширители. Ширину поворотного отвала бульдозера выбирают аналогично при повернутом в плане отвале.

Высота отвала H (мм) регламентируется тяговым усилием бульдозера и определяется по эмпирическим формулам:

для неповоротного отвала

; (3.2)



для поворотного отвала

, (3.3)

где - номинальное тяговое усилие базовой машины, кН.

Отвалы бульдозеров общего назначения рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала. Высота козырька по вертикали должна составлять 0,1 - 0,3 высоты отвала.

Задний угол отвала рекомендуется выбирать не менее 20°.

Радиус кривой части отвальной поверхности R, высота отвала H, углы резания д, опрокидывания в и наклона отвала е связаны между собой зависимостью:

. (3.4)

При рекомендуемых углах отвальной поверхности для неповоротного отвала (д=55°, в =75° и е =75°) R=0,99H, а для поворотного отвала (д= 55°, в= 70°, е = 75°), R=0,81Н.

Угол поворота отвала в плане а устанавливают в пределах 25 - 30°. Увеличение этого угла может привести к развороту бульдозера в горизонтальной плоскости.

Угол перекоса отвала в поперечной вертикальной плоскости позволяет разрабатывать более тяжелые грунты, облегчает производство работ на косогорах.

Рекомендуемый диапазон регулирования угла перекоса составляет 0 - 100 при гидрофицированном и 0 - 60 при ручном управлении отвалом.

Максимальную высоту подъема Нп и опускания Hо отвалов определяют суммой предельных рабочих углов спуска и подъема.

Учитывая, что бульдозеры общего назначения чаще всего работают на уклонах до 20°, высоту подъема выбирают по углу въезда, который должен быть не менее 20°.

Высоту опускания отвала ниже опорной поверхности ходовой части базовой машины выбирают такую, при которой угол между опорной поверхностью гусениц и линией, соединяющей режущую кромку опущенного отвала с центром давления, был бы не менее 20°.

Тяговый расчет и производительность. Тяговые сопротивления при работе бульдозера определяют в момент окончания набора грунта перед отвалом. Общее тяговое сопротивление:

, (3.5)

где F1 - сопротивление отделению грунта от массива, Н;F2-сопротивление перемещению призмы волочения, Н; F3, F4-сопротивление трению при движении грунта соответственно вверх по отвалу и вдоль него, Н; F5 - сопротивление движению базовой машины с бульдозерным оборудованием, Н.

Сопротивление отделению грунта от массива:

, (3.6)

где k- удельное сопротивление резанию на единицу лобовой площади отвала, Н/м2 (при д=55° для грунта I категории k- 70 103 Н/м2, III категории k=170 105 Н/м2); В- ширина отвала, м; h- глубина резания, м (оптимальные значения h=(0,07 - 0,11)Ндля плотных грунтов и h=(0,09 - 0,15)H для разрыхленных);б- угол установки отвала в плане (рис. 3.2).



Рис. 3.2 - Схема сил, действующих на бульдозер: а - вначале подъема отвала с грунтом; б-при заглублении отвала по условию устойчивост

Сопротивление перемещению призмы волочения грунта:

, (3.7)

где mпр-масса призмы волочения грунта, кг;

, (3.8)

где В, Н - ширина и высота отвала, м; kпр - коэффициент, зависящий от характеристики грунта и формы отвала; для связных грунтов kпр=0,8 - 0,9, для несвязныхkпр=1,2 - 1,3;гр - плотность разрыхленного грунта, кг/м3; g=9,81 м/с2; - коэффициент трения грунта о грунт;б - угол установки отвала, град.

Сопротивление трению при движении грунта вверх по отвалу:



, (3.9)

где - коэффициент трения грунта по металлу;д - угол резания.

Сопротивление трению при движении грунта вдоль по отвалу:

. (3.10)

Сопротивление движению базовой машины с бульдозерным оборудованием:

. (3.11)

Вертикальная составляющая Rов реакции грунта в процессе работы меняется как по значению, так и по направлению. В начальный момент заглубления отвала она направлена вверх (R'ов), и ее приближенно можно рассчитать по формуле:

, (3.12)

где k' - коэффициент несущей способности грунта, Н/м2; для средних условий k'= (5 - 6) 105 Н/м2; х - ширина площадки нижней поверхности ножа, трущейся о грунт, с учетом затупления ножа, м; х=0,007 - 0,010 м; B - длина ножа, м.

Движение бульдозера возможно, если

или ,

Где Fксц - касательная сила тяги по сцеплению движителя с грунтом, кН; Fк-касательная сила тяги по двигателю, кН;

, (3.13)

где Тдв - вращающий момент двигателя, кНм; uт - передаточное число трансмиссии от двигателя к движителю на соответствующей передаче; - КПД трансмиссии; rк - рабочий радиус колеса или ведущей звездочки, м.

Крутящий момент:

. (3.14)

Потребная мощность двигателя трактора:

, (3.15)

где F - кН; v - рабочая скорость бульдозера, км/ч.

Техническая производительность (м3/ч) бульдозера при разработке и перемещении грунта (в плотном теле):

, (3.16)

где - объем разрыхленного грунта, перемещаемого отвалом бульдозера, м3; ky - коэффициент уклона, принимаемый по таблице 30; - время одного цикла, с; kр - коэффициент разрыхления грунта.



Таблица 3.3 - Коэффициент уклона

Уклон, %	ky	Подъем, %	ky
5	1,33	5	0,67
10	1,8	10	0,5
15	2,3	15	0,46
20	2.7	-	-

Производительность бульдозера (м2/ч) при планировочных работах:

, (3.17)

где В - ширина отвала, м; - угол установки отвала в плане, град; а - часть полосы, перекрываемая при последующем проходе и равная 0,3 - 0,5 м; l - длина участка, м; vср - средняя рабочая скорость, м/с;tпов - время на поворот, с; пґп - число проходов по одному месту; пґп=1 - 2.

Силы, действующие на бульдозер. На бульдозер с неповоротным отвалом во время работы действуют следующие силы (рис. 3.6): сила тяжести Gб базовой машины и Gннавесного оборудования, реакции со стороны грунта на отвал RОГи RОВ, составляющие силы в упряжном шарнире хши zш, усилия в механизме управления отвалов Fци Fґц(гидроцилиндрах) при выглублении и заглублении отвала, касательная сила тягиFk (илиFксц), силы сопротивления передвижению базовой машины F5и равнодействующая вертикальной реакции грунта на ходовое оборудование, приложенная в центре давления R1.

При нормальных условиях работы точка приложения сил RОГ и RОВ располагается на отвале на расстоянии от опорной плоскости hR=(0,17 - 0,27)Н. В процессе работы отвал бульдозера может встретить препятствие (камни, корни и т. п.).В этом случае результирующая сил сопротивления сместится вниз, а в расчетах на прочность принимают, что точка ее приложения находится на режущей кромке ножа. Максимальная горизонтальная составляющая реакции грунта на отвал определяется толкающей возможностью тягача по сцеплению:

, (3.18)

гдеFксц - касательная сила тяги по сцеплению, Н.

Касательную силу тяги по сцеплению находят в двух положениях рабочего оборудования: отвал не удерживается механизмом управления, и он опирается на грунт:

цсц; (3.19)

отвал удерживается механизмом управления, при этом

цсц, (3.20)

где цсц - коэффициент сцепления ходовой части тягача с грунтом.

При прочностном расчете касательная сила тяги принимается с учетом динамических нагрузок:

, (3.21)

где - динамический коэффициент; =1,5 - 1,7.

При направлении реакции вниз:

, (3.22)



где д - угол резания ножа отвала, град; цс - угол трения грунта об отвал, град.

Реакции zш и хшв упряжном шарнире определяют из уравнений равновесия рабочего оборудования:

(3.23)

Сила тяжести рабочего оборудования Gн должна быть минимальной и по действующему стандарту не более 25% силы тяжести базовой машины Gб:Gн<0,25Gб.

В то же время у бульдозеров с канатным управлением она должна быть достаточной для заглубления отвала в грунт под действием собственной силы тяжести. Минимальную силу тяжести навесного оборудованияGHmin рассчитывают при максимальном значении и минимальном значении ROГ, которое определяется в начальный момент заглубления только силой трения ножа о грунт.

, (3.24)

откуда получаем минимальную силу тяжести (кН) навесного оборудования:

. (3.25)

При определении силы тяжести рабочего оборудования бульдозера с принудительным заглублением отвала необходимо учитывать силу , направленную вниз. Ее значение ограничено устойчивостью тягача относительно задней линии опрокидывания и может быть найдено из уравнения моментов сил, действующих на тягач относительно точкиВ(рис. 3.2,б).

Подъемное усилие механизма управления находят при двух условиях работы: подъем заглубленного отвала при движении бульдозера; удержание отвала на заданном уровне в процессе резания грунта. И в том, и в другом случае усилие механизма управления определяется из уравнения моментов сил относительно упряжных шарниров.

При первом условии

, (3.26)

где - сила сопротивления сдвигу грунта, поднимаемого отвалом,

относительно остальной массы грунта, Н; fг - коэффициент трения грунта о грунт; - коэффициент сцепления грунта при сдвиге, Н/м2; Sc - площадь сдвига, м2; .

При втором условии Fцопределяется аналогично при условии Fс = 0.

Максимальное усилие Fцв механизме управления ограничивается устойчивостью тягача относительно передних или задних линий опрокидывания (точки А и В) (рис. 3.2,б,в).

Вертикальные нагрузки на отвал бульдозера:

. (3.27)

Усилие в гидроцилиндрепри заглублении отвала:



. (3.28)

Скорость подъема отвала по действующему стандарту должна быть более 0,25 м/с.

Сила Rґог, которую определяют из соотношения сил, возникающих при работе косого клина, стремится развернуть бульдозер. Этому препятствуют силы сцепления ходового оборудования тягача с грунтом.

Для гусеничных бульдозеров суммарный момент сопротивления развороту:

Тр=0,25·мп·R1·L, (3.29)

где мп - приведённый коэффициент сопротивления гусениц повороту; мп=0,7 - 1,0; R1 - суммарная реакция грунта на ходовое оборудование, Н; при «запертом» положении механизма управление отвалом R1=Gб+Gа+Rов, а при «плавающем» R1?Gб.

Контрольные вопросы

Дайте понятие бульдозера и область его применения.

Дайте классификацию бульдозеров по различным признакам.

Как и когда определяют тяговые сопротивления при работе бульдозера?

От каких параметров зависит номинальное тяговое усилие бульдозера?

Как рассчитывается техническая производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта?

Какие силы действуют на бульдозер с неповоротным отвалом во время работы?

Как определяется максимальная горизонтальная составляющая реакции грунта на отвал?

Перечень вариантов заданий.

№	марка трактора	марка двигателя	V(км/ч)	n об/мин	m(базовой машины), кг	B ширина отвала,м	R, м	Т(R), м	Кm	Vпр	l,м	уклон
1	т-25	Д-21а	3,5	1800	2020	1,5	0,59	-	0,65	1	250	5
2	т-40м	Д-144	3,4	1800	2850	1,6	0,745	-	0,68	1,1	240	10
3	ЮМЗ-6	Д-65м	3,3	1750	3490	1,7	0,73	-	0,67	1,2	230	15
4	МТЗ-50	Д-50	3,2	1700	3100	1,8	0,745	-	0,65	1,3	220	5
5	МТЗ-80	Д-240	3,1	2200	3370	1,9	0,73	-	0,65	1,4	210	10
6	Т-16	Д-21А1	3	1800	1810	2	0,59	-	0,81	1,5	200	15
7	Т-150К	СМД-62	2,9	2100	8135	2,1	0,64	-	0,36	1,6	190	5
8	К-700	ЯМЗ-240Б	2,8	1900	13500	2,2	0,79	-	0,32	1,7	180	10
9	ДТ-75	А-41	2,7	1750	8060	2,3	-	0,17	-	1,8	170	15
10	Т-74	СМД-14А	2,6	1700	6274	2,4	-	0,17	-	1,9	160	5
11	Т-150	СМД-160	2,5	2000	7400	2,5	-	0,17	-	2	150	10
12	ТДТ-55	СМД-14БИ	2,3	1800	9365	2,7	-	0,134	-	2,2	130	5

Пример выполнения лабораторной работы

Тяговый расчет и производительность

Общее тяговое сопротивление (Н)

=4970+1080+355+252+4950=11607(Н)

Сопротивление отделению грунта от массива (Н)

(Н)

где k - удельное сопротивление резанию на единицу лобовой площади отвала, Н/м2 (при =55° для грунта I категории k=70103 Н/м2, III категории k= 170103 Н/м2); В- ширина отвала, м; h - глубина резания, м [оптимальные значения h= (0,07...0,11)Н для плотных грунтов и h=(0,09...0,15)H для разрыхленных]; (в пределах 25-300) - угол установки отвала в плане (см. рис. 3.1).