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: Gб
- эксплуатационный вес бульдозера;
Вт - ширина базового трактора;
h - толщина
срезаемой стружки.
Определение основных параметров бульдозера
1) Сила тяги по сцеплению
Тφ
= Gсц
· φсц
,
где Gсц
- сцепной вес машины, Н; 18 тонн = 18 000 Н
φсц
- коэффициент сцепления движителя с грунтом;
φсц
= 0,7 ÷
0,9.
Тφ
= Gсц
· φсц
=
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
Gб
= (1,17 - 1,22) · Gт
,
где Gб
- вес бульдозера, Н;
Gт
- вес тягача, Н.
Исходя из приведенной зависимости, можно
определить ориентировочный вес навесного оборудования. Для этого вначале
определим вес тягача
Gт = = 18
000/1,2 = 15 000 Н.
Таким образом, вес навесного
оборудования
Gотв = Gб - Gт = 18 000 -
15 000 = 3 000 Н
) Ширина отвала
Ширина отвала подбирается таким
образом, чтобы габариты отвала перекрывали габариты базовой машины
В = Вт + 2 · δ ,
где Вт - ширина трактора, м;
δ - перекрытие габарита
трактора, м;
δ = 0,1 - 0,2 м.
В = Вт + 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 · Тφ ,
где Тφ - сила тяги
по сцеплению в тоннах.
Тφ = 8 000 Н =
0,8 тонн
Н = 500 · - 5 · 0,8 =
460,16 мм ,
Тяговый расчет бульдозера
Условие расчета
Тφ ≥ W ,
где W - суммарная
сила сопротивления при работе, Н.
Суммарная сила сопротивления,
возникающая при работе бульдозера может быть определена как сумма составляющих
W = Wр + Wпр + Wво + Wм + Wтр ,
где Wр - сила
сопротивления грунта резанию, Н;
Wпр - сила
сопротивления перемещению призмы волочения, Н;
Wво - сила
сопротивления движению грунта вверх по отвалу, Н;
Wм - сила
сопротивления движению базовой машины бульдозера, Н;
Wтр - сила
трения ножа отвала о грунт, Н.
1) Сила сопротивления грунта резанию
Wр = 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
Wр = К · В · h = 150 000 ·
3,8 · 0,12 = 68400 Н
) Сила сопротивления перемещению
призмы волочения
Wпр = Vпр · γ · g · μ2 ,
где Vпр - 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
Vпр = ,
где Кпр - коэффициент
формы призмы волочения;
Кпр = 0,7 ÷ 0,9.
Vпр = = = 0,5 м3
При Н = 460 мм = 0,46 м
Wпр = Vпр · γ · g · μ2 = 0,5 · 2000
· 9,8 · 0,6 = 5880 Н
) Сила сопротивления движению грунта
вверх по отвалу
Wво = Vпр · 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
Wво = Vпр · γ · g · μ1 · cos2α = 0,5 ·
2000 ·9,8 ·0,5 · 0,7072 = 2449 Н
) Сила сопротивления движению
базовой машины бульдозера
Wм = Gб · f ,
где f -
коэффициент сопротивления движению машины,
f = 0,1 ÷ 0,12.
Wм = Gб · f = 18 000 ·
0,1 = 1 800 Н
) Сила трения ножа отвала о грунт
Wтр = Gотв · μ1 ,
где Gотв - вес
отвала бульдозера, Н.
Wтр = Gотв · μ1 = 3000 · 0,5
= 1500 Н
6) Запас тягового усилия, %
Кзап = · 100 %
Суммарная сила сопротивления,
возникающая при работе бульдозера
W = Wр + Wпр + Wво + Wм + Wтр =
68400+5880+2449+1800+1500 = 48996,5
Кзап = · 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
Рр = Су ∙
h 1,35 ∙ (1
+ 2,6 ∙ L) ∙ (1
+ 0,0075 ∙ α) ∙ (1
+ 0,03 ∙ S) ∙ β0 ∙ µ ∙
g ,
где Су - 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 ∙ 81,35 ∙
(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 ∙ 81,35 ∙
(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 ∙ 81,35 ∙
(1 + 2,6 ∙ 2,4) ∙ (1 + 0,0075 ∙ 20) ∙ (1 + 0,03 ∙
8) ∙ 0,9 ∙ 0,79 ∙ 9,8 =14,3 кН
Р = 26 ∙ 81,35 ∙
(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 ∙ 81,35 ∙ (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 ∙ 131,35 ∙ (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 ∙ 181,35 ∙ (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 ∙ 231,35 ∙ (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 ∙ 101,35 ∙ (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 ∙ 101,35 ∙ (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 ∙ 101,35 ∙ (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 ∙ 101,35 ∙ (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.