Тема: Розрахунок бульдозерів

Загальні відомості

Основне призначення бульдозера - зрізати і перемішувати грунт на невеликі відстані (від 30…50 м, іноді до 100 м) і розрівнювати його.

Бульдозери набули широке застосування на земляних роботах у дорожньому, гідротехнічному і промисловому будівництві, при видобутку корисних копалин. Їх використовують також для виконання меліоративних робіт. Так, на прокладці Північно-Кримського каналу бульдозерами було виконано більш однієї третини всіх земляних робіт.

Широке поширення цих машин пояснюється простотою їх конструкції та універсальністю. Бульдозери виконують самі різні роботи: конання грушу, його переміщення; відривку каналів; спорудження насипів; грубе планування з різанням ґрунту; планування укосів; зарівнювання і слабке ущільнення свіжовідсштаного ґрунту при русі заднім ходом; засипання траншей і котлованів; очищення території від чагарнику; зняття рослинного шару; корчування корчів; валку дерев; зведення насипів висотою до 1...3 м; переміщення ґрунту з бічних резервів; спорудження терас; переміщення сипких матеріалів на складах; розвантаження залізничних платформ при русі по платформах; очищення доріг і аеродромів від снігу.

Найбільш типові для бульдозера роботи - це копання ґрунту, його переміщення та укладання.

Потужність бульдозерів звичайно знаходиться в межах 12...184 кВт, однак відомі машини і з меншою потужністю для виконання дрібних робіт (3 кВт), і з більшою, наприклад чотирьохколісний штовхач потужністю 1200 кВт.

Бульдозер складається з гусеничного або колісного тягача, обладнаного відвалом з ножем і механізму керування, за допомогою якого можна змінювати положення відвалу по висоті.

Якщо кромка ножа знаходи-ться під прямим кутом до руху бульдозера і зміна цього кута конструкцією не передбачена, то така машина називається бульдозером з неповоротним відвалом (рис. 5.1). Якщо ж цей кут можна змінювати (звичайно до 60...65°) в обидва боки, то таку машину називають бульдозером з поворотним відвалом (рис. 5.2). Вона може переміщувати ґрунт не тільки вперед, але й у бік.

Бульдозери з поворотним відвалом, будова яких дозволяє змінити кут між кромкою ножа і горизонтальною площиною (рис. 5.3) називаються універсальними.

Вправа 5

Тяговий розрахунок і визначення продуктивності

Бульдозера

Завдання:перевірити можливість руху бульдозера без пробуксовування; визначити експлуатаційну продуктивність бульдозера.

Вихідні дані наведені у табл. 5.1.

Методика розрахунку

Умови руху бульдозера без пробуксовування (див. вправу 2)

, м,

де Р_зч = G_зч × j_зч - сила тяги за зчепленням, Н; G_зч - вага, яка зумовлює силу зчеплення бульдозера, Н; G_зч = G_б =9,81 m_б; j_зч -коефіцієнт зчеплення (табл. 5.2); ; h - тягове зусилля, яке розвиває трактор, Н; N - ефективна потужність двигуна трактора (табл. 5.3); h =0,8 - ККД машини; J - швидкість машини на першій або другій передачі (табл. 5.3); å Р - сума опорів, які виникають у випадку лобового різання і транспортування ґрунту відвалом бульдозера по горизонтальній поверхні

, Н,

де - опір ґрунту різанню Н; k - питомий опір ґрунту різанню, МПа, для бульдозерів; k =0,06 - І група ґрунтів; k= 0,09 - II група; k= 0,12 - III група; F = Lh – площа поперечного перерву стружки ґрунту, м²; L - довжина відвалу бульдозера, м (див. табл. 5.1); h - глибина різання, м (див. табл. 5.1); Р ₂-опір переміщенню призми ґрунту перед відвалом.

Таблиця 5.1

Вихідні дані

Варі-ант	Грунт	Базова машина	Довжи-на від-валу, L, м	Висо- та від-валу, Н, м	Глибина різання, h, м	Схил місцевості, і	Маса бульдозера, m_б, кг	Примітка

	Пісок	Т-130	3,20	1,30	0,50	+0,03		l_р =6 м
	Супісок	ДТ-75	2,52	0,80	0,15	+0,04		l_тр =30 м
	Рослинний грунт	Т-4А	2,60	0,90	0,30	+0,06		l_х.х =40 м

Продовження табл. 5.1


Гравій	Т-180	3,35	1,38	0,80	+0,02
Легкий суглинок	Т-4А	2,60	0,90	0,25	+0,03
Важкий суглинок	Т-330	4,80	1,37	0,55	-0,02	l_р =7 м
Щебінь	Т-74	2,52	0,80	0,15	+0,06	l_тр =40 м
М’яка глина	Т-100МЗ	3,94	1,00	0,80	+0,04	l_х.х =45 м
Сухий грунт	Т-180	3,35	1,38	0,95	-0,03
Рослинний грунт	Т-130	3,20	1,30	0,40	+0,05
Супіски	Т-74	2,52	0,80	0,18	+0,04	l_р =8 м
Пісок	Т-4А	2,60	0,90	0,26	+0,05	l_тр =50 м
Легкі суглинки	Т-100МЗ	3,94	1,00	0,70	+0,04	l_х.х =60 м
Гравій	ДТ-75	2,52	0,80	0,20	+0,05
Важкі суглинки	ДЕТ-250	4,50	1,20	0,40	-0,01
Щебінь	Т-74	2,52	0,80	0,12	-0,03
М’яка глина	Т-180	3,35	1,38	0,90	-0,02	l_р =9 м
Сухий грунт	Т-180	3,35	1,38	0,75	+0,05	l_тр =40 м
Щебінь	Т-130	3,20	1,30	0,40	+0,06	l_х.х =50 м
Гравій	Дт-75	2,52	0,80	0,18	+0,03
Супіски	Т-4А	2,60	0,90	0,26	-0,03	l_р =6 м
Пісок	Т-74	2,52	0,80	0,15	+0,05	l_тр =50 м
Сухий грунт	ДЕТ-250	4,50	1,20	0,35	+0,03	l_х.х =60 м
Легкий суглинок	Т-130	3,20	1,30	0,45	-0,02
Рослинний грунт	Т-130	3,20	1,30	0,45	-0,02
Щебень	Т-74	2,52	0,80	0,20	-0,03
Пісок	Т-4А	2,62	0,90	0,30	+0,04
М’яка глина	Т-130	3,20	0,30	0,40	+0,03	l_р =70 м
Гравій	Т-180	3,35	1,38	0,85	+0,04	l_тр =30 м
Рослинний грунт	Т-180	3,35	1,38	0,95	-0,02	l_х.х =60 м

, Н,

- об’єм призми волочіння, яка утворюється при повному його заповненні; Н - висота відвалу, м (див. табл. 5.1) значення коефіцієнта k_пр залежно від відношення H / L і виду ґрунту наведені у табл. 5.2; І_гр - щільність ґрунту, кг/м³; k_р - коефіцієнт розпушення ґрунту; m - коефіцієнт тертя ґрунту об грунт (табл. 5.4);

Р ₃ - опір переміщенню ґрунту вверх по відвалу

, Н,

m ₂ - коефіцієнт тертя ґрунту об поверхню відвалу (табл. 5.4); a =35...50° - кут різання; Р ₄- опір переміщенню бульдозера по місцевості

, Н,

f - коефіцієнт опору переміщенню рушія (беруть із табл. 5.2); і - нахил місцевості; Р ₅- опір, який виникає на ділянці затуплення ножа відвалу

, Н,

Р_пт - питомий опір від затуплення, який залежить від ширини ділянки затуплення ножа відвалу і групи ґрунту (табл. 5.5).

Таблиця 5.2

Коефіцієнти опору переміщенню рушія f, зчеплення j_зч i k_пр

Вид грунта	f	j_зч	k_пр при Н / L
0,15	0,30	0,35	0,40	0,45
Зв’язний	0,06…0,07	0,8…0,9	0,70	0,80	0,85	0,90	0,95
Незв’язний	0,1…0,12	0,5…0,7	1,15	1,20	1,25	1,30	1,50

Далі, користуючись формулою для умови руху, треба перевірити, чи можливе переміщення бульдозера без пробуксовування

Таблиця 5.3

Технічні характеристики базових тракторів

Показник	ДТ-75	Т-74- С9	Т-4А	Т-100МЗ	Т-130	Т-180	ДЕТ-250	Т-150К	Т-220

Потужність двигуна, кН
Тяговий клас, кН

Продовження табл. 5.3


Швидкість руху, км/год
вперед	5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67	2,14… 10,6	3,74; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52	2,36; 3,78; 4,51; 6,45; 10,15	3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2	2,86% 5,06; 6,9; 9,46; 13,09	Робоча 2,3… 15 Транс-портна 0,8 3,5… 24,5	8,53; 11,40; 13,38; 18,55	10,08; 17,6
назад	3,42… 4,28	1,76 … 5,85	4,96; 5,47; 6,34; 7,04	2,79; 4,46; 5,34; 7,16	3,56; 4,96; 7,14; 9,9	3,21 … 8,19	3,15 … 24,5	0… 14,6; 24,90; 29,12
Габаритні розміри, м:
довжина
ширина
висота
Маса трактора, т	5,6	5,9		12,1		14,35		7,4

Таблиця 5.4

Фізико-механічні властивості ґрунтів

Грунт	Група грунту	l_гр, кг/м³	k_р	m ₁	m ₂
Пісок	І		1,1	0,53…0,62	0,27…0,60
Супісок	І		1,2	0,53…0,62	0,27…0,60
Рослинний грунт	І		1,15	0,53…0,70	0,30…0,42
Гравій розміром 80…90 мм	І		1,15	0,70…0,84	0,40…0,65
Легкі суглинки з вкрапленням щебеню	ІІ		1,2	0,84..1,20	0,50…0,70
Важкі суглинки без вкраплень	ІІІ		1,3	0,84…1,20	0,50…0,70
Щебень розміром більше 80 мм	ІІ		1,2	0,84…1,00	0,34…0,70
М’яка глина	ІІІ	19,50	1,2	0,84…1,20	0,50…0,70
Сухий грунт	ІІІ		1,1	0,53…0,70	0,30…0,42

Таблиця 5.5

Питомий опір від затуплення ножа відвалу

Ширина ділянки затуплення, мм	Група грунту
І	ІІ	ІІІ
	60…120 250…400 450…700	150…250 500…700 600…1000	400…500 800…1000 1100…1300

Експлуатаційна продуктивність бульдозера за годину, м³/год.

, м³/год.,

де k_сх - коефіцієнт, який враховує вплив схилу на продуктивність k_ч =0,75...0,80 - коефіцієнт використання бульдозера за часом; t_ц - тривалість робочого циклу бульдозера

, с,

де l_р, l_гр, l_х.х - відповідно довжини різання, переміщення ґрунту та холостого ходу машини, м (див. табл. 5.1); J_р, J_гр, J_х.х - швидкості відповідно руху бульдозера під час різання ґрунту, переміщення і зворотного ходу, км/год.; t_п =40...50 с; t_пов =10...12 с; t ₀=1...2 с - відповідно тривалість переключення передач, повороту та опускання відвалу.

Швидкості окремих операцій робочого циклу становлять, км/год.: 2,5...4,0 - під час різання; 2,5...5,0 - під час транспортування ґрунту; 5,8...8,0 - під час холостого ходу. Користуючись вказаними даними і даними табл. 5.3 згідно з варіантом завдання вибирають швидкості для обчислення робочого циклу бульдозера.

Практична робота №6