5.2 Копание рабочим органом отвального типа

Рассмотрим схему копания грунта отвалом (рисунок 5.1, в) при установившемся режиме. Сопоставляя данную расчетную схему со схемой для плоского рабочего органа (рисунок 5.1, а) убеждаемся, что отличие заключается в криволинейности рабочего органа и в том, что грунт, сходя с отвала, накапливается перед ним в призме волочения, а не пересыпается через верхнюю кромку. Процессы же, происходящие при копании и механика взаимодействия рабочего органа с грунтом не изменяются. Однако расчет рабочего органа отвального типа усложняется вследствие необходимости учета его кривизны.

Рациональным считается такой процесс копания грунта бульдозером, при котором грунтовой поток перемещается вверх по поверхности отвала до его верха, свободно осыпаясь затем в призму волочения. В этом случае одной из поверхностей трения является поверхность отвала. Снижение сопротивления копанию, обеспечивающее преимущество такой схемы, происходит за счёт меньшей величины коэффициента внутреннего трения по сравнению с внешним.

Поэтому возьмем за основу отвал постоянной кривизны с прямолинейной нижней частью, наиболее широко используемый на бульдозерах общего назначения.

Будем рассматривать заключительную стадию процесса копания, при максимальном объёме призмы волочения. В этом случае сопротивление перемещению потока грунта и силы, действующие на отвал, будут максимальны. Да и кривизна отвала будет сказываться в большей степени, чем при его частичном заполнении грунтом.

Расчет копания таким рабочим органом усложняется вследствие необходимости учета его кривизны. Для этого криволинейная поверхность отвала ВК и соответствующая ей криволинейная поверхность площадки скольжения OD разбиваются на участки (рисунок 5.1, в). При достаточно большом количестве участков разбиения их можно считать прямолинейными.

Принимая допущение о квазистатическом распределении давлений на площадке скольжения OD, из условий равновесия призмы волочения определяются граничные условия на поверхности массива МО и силы, действующие со стороны призмы на площадку скольжения OD.

Для элементов, на которые разбит поток OBKD по криволинейной поверхности отвала и для нижнего элемента OBn’n с прямыми гранями справедливы уравнения:

(5.33)

где i - номер выделенного элемента;

N_i-1 - сила, действующая со стороны верхнего элемента;

N_i - сила, действующая на нижний элемент;

G_i - вес выделенного элемента;

R_i - сила, действующая на элемент со стороны призмы волочения;

С_i - сила сцепления на участке площадки скольжения OD, принадлежащему выделенному элементу;

R_i^o - сила, действующая на отвал со стороны выделенного элемента;

β_i - угол наклона элемента;

n - количество участков разбиения криволинейной поверхности отвала; индекс n+1 относится к нижнему элементу с прямыми гранями.

Метод расчета геометрических и силовых параметров при большом сдвиге и после него принципиально не изменяется. Составляющие сопротивления копанию будут равны:

(5.34)

Максимальные и минимальные значения силы позволяют определить амплитуду их колебаний при большом сдвиге.

Таким образом, полученные аналитические зависимости для расчета параметров процесса копания отвальным рабочим органом и сама методика расчета не имеют принципиально новых отличий от расчета процесса копания плоским рабочим органом.