Задание № 2 Тяговый расчет и производительность бульдозера

Постановка задачи: Выполнить тяговый расчет бульдозера с проверкой на возможность движения без буксировки и определить его эксплуатационную производительность. Исходные данные принять согласно варианту по таблице 12.

Последовательность выполнения задания

1. Проверить суммарное сопротивление грунта копанию бульдозера.

2. Проверить условие движения бульдозера без буксировки.

3. Определить продолжительность рабочего цикла работы бульдозера.

4. Определить эксплуатационную производительность бульдозера.

Методика расчета

В процессе копания грунта бульдозером тяговое усилие, развиваемое трактором, должно быть достаточным для преодоления возникающих сопротивлений при резании и транспортировании грунта отвалом бульдозера. Условие движения бульдозера без буксования:

Р_сц ≥ Р_т > ∑ Р,

где Р_сц = G_сц*φ_с – сила тяги по сцеплению, Н; G_сц = G_б = 9,81 m_б – сцепной вес бульдозера, Н; φ_с – коэффициент сцепления (таблица 6); Р_т – тяговое усилие, развиваемое трактором, Н

N

Р_т = 3600 ------ η, H

ν

N –эффективная мощность двигателя, кВт (таблица 10); ν – скорость машины на первой или второй передаче, км/ч (таблица 10); η = 0,8 – коэффициент полезного действия машины; ∑ Р – сумма сопротивлений, возникающих в случае лобового резания и транспортирования грунта отвалом бульдозера, Н

∑ Р = Р₁+ Р₂ + Р₃ + Р₄ + Р₅

где Р₁ – сопротивление грунта резанию, Н; Р₂ – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом, Н; Р₃ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, Н; Р₄ – сопротивление перемещению бульдозера, Н; Р₅ – сопротивление, возникающее на площадке затупления, Н

Р₁ = К F*10⁵, H

где К – удельное сопротивление резанию, МПа, для бульдозеров: К = 0,06 для первой группы грунтов; К = 0,09 – для второй группы; К = 0.12 – для третьей группы грунтов; F = L*h – площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта, м²; L – длина отвала бульдозера, м (таблица 9); h – глубина резания, м (таблица 9).

Р₂ = V_пр γ μ₁/ К_р , Н

где V_пр=L H²/2K_пр –объем грунтовой призмы перед отвалом бульдозера, м³; Н – высота отвала, м (таблица 9); К_пр – коэффициент, зависящий от соотношения геометрических параметров отвала и вида грунта (таблица 6); γ – плотность грунта, кг/м³ (таблица 8); К_р – коэффициент разрыхления грунта (таблица 8); μ₁ – коэффициент трения грунта о грунт (таблица 8).

Р₃ = V_пр γ μ₂ Соs ² α / К_р , Н

где μ₂ - коэффициент трения грунта о поверхность отвала (таблица 8);

α – угол резания (таблица 9)

Р₄ = G_б (f ± i), H

где f – коэффициент сопротивления перемещению движителя (таблица 6);

i – уклон местности (таблица 12)

Р₅ = Р_уд L, Н

где Р_уд – удельное сопротивление от затупления, зависящее от ширины площадки затупления и группы грунта (таблица 7).

Пользуясь формулой для условия движения, следует проверить, соблюдается ли условие движения бульдозера без буксования.

Эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле:

3600 V_пр Т_см К_у К_в

П_э = ----------------------- , м³ / смену

К_р t_ц

где Т_см – продолжительность смены (Т_см = 8,2 часа); К_у – коэффициент, учитывающий влияние уклона на производительность (таблица 11);

К_в - коэффициент использования машины по времени в течение смены

К_в = 0,4…0,55; t_ц – время рабочего цикла бульдозера, с

t_ц = 3,6 (l_p / ν_p + l_гр / ν_гр + l_х / ν_х) + 2 (t_п + t_пов + t_о), с

l_p, l_гр, l_x – длина пути резания, перемещения грунта и холостого хода, м (таблица 12); ν_р, ν_гр, ν_х – скорости движения бульдозера при резании грунта, перемещении и холостом ходе, км/ ч (таблица 10); t_п – время на переключение передач, с; t_п = 40…50 с; t_пов – время на поворот бульдозера, с; t_пов = 10…12 с; t_о – время на опускание отвала, с; t_о=1…2 с.

Обычно разработка грунта бульдозером осуществляется на I или II передачах базового трактора, перемещение грунта – на II или III передаче, холостой ход – на задней скорости или III…V передачах, в зависимости от состояния забоя.

Пользуясь данными таблицы 10 выбираются скорости для расчета рабочего цикла бульдозера.

Таблица 6. Коэффициенты сопротивления перемещению движителя f,

сцепления φ_с и К_пр

Вид грунта	f	φc	Кпр при h /L
			0,15	0,30	0,35	0,40	0,45
связный	0,06…0,07	0,8…0,9	0,7	0,8	0,85	0,9	0,95
несвязный	0,1…0,12	0,5…0,7	1,15	1,2	1,25	1,30	1,50

Таблица 7. Удельное сопротивление от затупления

Ширина площадки затупления, мм	Группа грунтов
	I	II	III
5	60…120	150…260	400…500
10	250…400	500…700	800…1000
15	450…700	600…1000	1100…1300

Таблица 8. Физико-механические свойства грунтов

Грунт	Группа грунта	Плот-ность грунта, γ, кг/м^3	Коэффи-циент разрыхле-ния Кр	Коэффици-ент трения грунта о грунт, μ1	Коэффици-ент трения грунта об металл, μ2
Песок	I	1500	1.1	0.53…0.62	0.27…0.60
Супесь	I	1650	1.2	0.53…0.62	0.27…0.60
Растительный грунт	I	1200	1.15	0.53…0.70	0.30…0.42
Гравий	I	1750	1.2	0.70…0.84	0.40…0.65
Легкий суглинок с включением щебня	II	1750	1.2	0.84…1.20	0.50…0.70
Тяжелый суглинок без включений	III	1900	1.3	0.84…1.20	0.50…0.70
Щебень размерами более 80 мм	II	1800	1.2	0.84…1.00	0.34…0.70
Легкая глина	III	1950	1.2	0.84…1.20	0.50…0.70
Сухой грунт	III	1300	1.1	0.53…0.70	0.30…0.42

Таблица 9. Основные технические характеристики бульдозеров

Показатели	ДЗ-57	ДЗ-42	ДЗ-34С	ДЗ-25	ДЗ-28	ДЗ-60
Базовый трактор	Т-100М	ДТ-75	ДЭТ-250	Т-180	Т-130	Т-220
Номинальная тяга, тс	10	3	25	15	10	25
Размеры отвала, мм длина высота (с козырьком)	3200 1250	2560 950	4540 1550	4430 1200	3940 815	5540 1300
Глубина резания, мм	300	200	400	300	300	400
Угол резания, град	55	55	55	55	50-60	50-60
Управление отвалом	канатное	Гидравлическое
Масса (общая с трактором), кг	14100	6910	31380	15000	13500	30000

Таблица 10. Технические характеристики базовых тракторов

Показатели	ДТ-75	Т-100М	Т-130	Т-180	ДЭТ-250	Т-220
Мощность двигателя, кВт	55	74	118	130	220	160
Тяговый класс. кН	30	100	100	150	250	150
Скорость движения, Вперед, км/ч Назад, км/ч	5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67 3,42; 4,26	2,36; 3,78; 4,51; 10,15 2,79; 4,16; 5,34; 7,16	3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,12 3,56; 4,96; 7,14; 9,9	2,86; 5,06; 6,9; 9,46; 13,09 3,21 – 8,19	Рабочая 2,3 – 15 Транспорт-ная 3,5 – 24,5 То же	10,08; 17,6 -
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	3075 1740 2273	4313 2460 3059	4390 2475 3080	5800 2740 2800	6236 3160 3180	5180 2795 3020
Масса, т	5,6	12,1	14,0	14,35	25,0	17,0

Таблица 11. Значение коэффициента, учитывающего влияние уклона местности на производительность бульдозера

Угол подъема, град	Кукл	Угол уклона, град	Кукл
0…5	1,00…0,67	0…5	1,00…1,33
5…10	0,67…0,50	5…10	1,33…1,94
10…15	0,50…0,40	10…15	1,94…2,25

Таблица 12. Исходные данные

Ва-ри-ант	Разрабатываемый грунт	Марка бульдо-зера	Угол подъема или уклона, град	Длина пути резания грунта, м	Длина пути переме-щения грунта, м	Длина пути холос-того хода, м
1	2	3	4	5	6	7
1	Песок	ДЗ-53	+5	6	50	60
2	Растительный грунт		+12	8	40	50
3	Супесь		+6	6	60	65
4	Легкий суглинок		+10	10	70	75
5	Гравий		-3	10	50	60
6	Тяжелый суглинок	ДЗ-42	-6	15	40	45
7	Щебень		+4	12	50	60
8	Мягкая глина		-12	8	60	70
9	Сухой грунт		-5	10	40	50
10	Песок		+8	6	30	40
11	Гравий	ДЗ-34С	+4	8	40	45
12	Супесь		+6	8	70	75
13	Легкий суглинок		-5	6	50	50
14	Мягкая глина		-12	10	20	30
15	Щебень		+7	12	50	60
16	Растительный грунт		+6	8	40	45
17	Песок		-5	8	30	40
18	Тяжелый суглинок		-10	20	60	70
19	Гравий		+10	20	20	30
20	Супесь		-7	15	60	65
21	Сухой грунт	ДЗ-25	+8	12	40	50
22	Щебень		+2	6	50	55
23	Мягкая глина		+4	12	30	40
24	Песок		+5	10	40	50
25	Легкий суглинок		-6	8	60	65
26	Супесь	ДЗ-60	-5	6	20	30
27	Гравий		+2	10	30	40
28	Сухой грунт		-4	8	40	50
29	Тяжелый суглинок		+10	15	30	40
30	Супесь		-4	10	40	50

Примечание. Ширину площадки затупления принять 5 см для вариантов

1-10; 10 см – для вариантов 11-20; 15 см – для вариантов 21-30