При угле наклона  местности β≥10⁰ расчет следует вести по более точному уравнению:

а)     б)

в)    г)

Рис. 4. Схемы  к определению сопротивления  копанию грунта бульдозером. 

Объем грунта в  призме волочения, зависящей от геометрических размеров отвала бульдозера и свойств грунта, определяют согласно формуле:

где К_р – коэффициент разрыхления грунта;

       F_пр – площадь поперечного сечения призмы, равная

где H – высота отвала бульдозера по хорде, м;

        φ⁰ – угол естественного откоса грунта.

Тогда

где К_пр – коэффициент, зависящий от характеристики грунта и отношения H/B, т.е. от формы отвала.

Сопротивление (кН) от скольжения грунта вверх по отвалу, обусловленное формой отвала и поступательным перемещением трактора:

где µ₁ – коэффициент трения грунта по металлу;

       α – угол резания(угол поворота отвала бульдозера в вертикальной плоскости).

Сопротивление (кН) трения ножа бульдозера о грунт:

где  m₀ – масса отвала и частично массы толкающих брусьев, т;

        R_н – вертикальная составляющая сопротивлению грунта копанию, кН;

        R_н ≈ K₁·x·B ,

где   K₁ - коэффициент несущей способности грунта, K′ = 50-60 кН/м²;

         x – ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт, x = 0,01-0,02 м.

Сопротивление трению ножа бульдозера о грунт учитывается  только тогда, когда вертикальная составляющая сопротивления копанию и собственная  масса рабочего органа m₀ передающейся на грунт, не воспринимаются системой управления и не передаются на ходовую часть бульдозера, т.е. когда отвал не поддерживается в подвешенном состоянии подъемными гидроцилиндрами.

Сопротивление перемещению тягача определяется по выражению: 

где   М  – масса бульдозера, т;

         g – ускорение свободного падения;

         i – уклон местности, град;

         ƒ – коэффициент удельного  сопротивления перемещению бульдозера, т.е. отношение тягового усилия  к силе тяжести (в среднем  ƒ = 0,1- 0,15).

При угле наклона  местности β≥10⁰ расчет следует производить по следующему уравнению:

При разработке бульдозером с поворотным отвалом  формула для определения полного  сопротивления движению, в общем, аналогична формуле для определения полного сопротивления движению при разработке бульдозером с неповоротным отвалом, однако первые три слагаемые имеют поправку, учитывающую, что отвал находится под углом φ = 60 – 90⁰ в плане к направлению движения машины. Эти слагаемые запишутся так:

где  Р"_с – сопротивление трению, возникающему при движении грунта вдоль отвала, кН;

        φ – угол отвала в плане.

Найденные таким  способом силы сопротивления резанию  и перемещению грунта служат исходными  данными для определения необходимой  силы тяги и мощности привода базовой  машины. Машина находится в движении без пробуксовывания при условии, что сила тяги по сцеплению с грунтом больше общего сопротивлению движению, т.е.:

где  G_сц – сцепной вес бульдозера (принимается равным весу бульдозера);

        φ_сц – коэффициент сцепления движителя с поверхностью грунта;

        Р – общее сопротивление передвижению бульдозера.

Расходуемая двигателем бульдозера мощность определяется по формуле:

где  η –  КПД передачи от двигателя к ходовому колесу трактора;

        v – рабочая скорость движения бульдозера, км/ч. 

Производительность  бульдозера

 

Производительность  бульдозера при резании и перемещении  грунта определяется по формуле:

где  K_и – коэффициент использования бульдозера по времени,

(K_и = 0,85 – 0,90),

        К_y – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера;

        К_р – коэффициент разрыхления;

        t – продолжительность одного цикла, с;

       V – объем призмы волочения перед отвалом.

где  K_пот – коэффициент, учитывающий потери грунта в процессе перемещения призмы, K_пот = 1-0,005L_п;

где  L_п – расстояние, на которое перемещается грунтовая призма, м.

Выбираем скорость перемещения бульдозера на участках: набора грунта (резание):

        v_р = 2-6 км/ч, перемещение призмы v_п = 4-8 км/ч, движение задним     ходом v_зд = 5-10 км/ч.

Продолжительность работы машины t за один цикл слагается из следующих отрезков времени:

где

сек. – соответственно продолжительность (в секундах) работы машины при резании грунта, его перемещении и заднего холостого движения машины; 

                 – длина пути резания грунта;

        сек – секунда;

        h – толщина срезанного слоя, м;

        t_пп – время переключения передач (t_пп = 6 – 8 сек);

        t₀ – время опускания отвала (t₀ = 2 – 4 сек). 

Производительность  бульдозера при планировочных работах (разравнивании грунта) определяется по формуле:

где   L – длина планируемого участка;

        φ – угол установки отвала  в плане;

        b₁ – величина перекрытия прохода (b₁ = 0,5);

        n – число проходов  по одному месту (n = 1 – 2);

        v – рабочая скорость движения бульдозера (при резании);

        t_пов – время поворота бульдозера (t_пов = 10 – 15 сек).

Расчет  основных рабочих  параметров бульдозера с поворотным отвалом

 

Произведем расчет основных рабочих параметров бульдозера "ДЗ – 60"  с поворотным отвалом. Но предварительно зададимся необходимыми данными.

Исходные  данные:

Площадь планирования S = 5000 м².

Ширина отвала В = 4,86 м.

Высота отвала  Н = 1,3 м.

Толщина стружки  h = 0,1*H = 0,13 м.

Масса бульдозера М = 29,2 т.

Сцепной вес  бульдозера G_сц = М.

Угол резания  α = 60⁰.

Угол поворота отвала φ = 63⁰.

Ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт  x = 0,01 м.

Масса отвала и  толкающих брусьев m₀ = 4,2 т.

Длина планируемого участка L = 100 м.

Ширина планируемого участка L_ш = 50 м.

Расстояние, на которое перемещается грунтовая  призма L_п = 60 м.

КПД  η = 0,6.

Величина перекрытия прохода b₁ = 0,5.

Скорость резания  v_р = 5 км/ч.

Скорость перемещения  призмы v_п = 8 км/ч.

Скорость движения задним ходом v_зх = 8 км/ч.

Время поворота бульдозера t_пов = 10 сек.

Коэффициент использования  бульдозера К_и = 0,9.

Грунт выбираем первой категории, вид грунта – мягкий суглинок, средней крепости, влажный  и разрыхленный, без включений.

Плотность грунта ρ = 1300 кг/м³.

Коэффициент разрыхления  К_р = 1,12.

Коэффициент трения грунта по грунту µ₁ = 0,66.

Коэффициент трения грунта о сталь µ₂ = 0,6.

Удельное сопротивление  грунта резанию К = 65 кПа.

Угол естественного  откоса грунтов в градусах φ₀ = 30⁰.

Коэффициент удельного  сопротивления перемещению бульдозера f = 0,15.

Коэффициент сцепления  движителя с поверхностью грунта φ_сц = 0,7.

Угол наклона  местности в градусах β = 6⁰.

Уклон местности  i = tg(β) =0,1051.

Коэффициент несущей  способности грунта К₁ = 55 кН/м².

Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с².

Расчет бульдозера "ДЗ - 60"

Тяговый расчет:

  Согласно  данной выше методике производства тягового расчета нам необходимо определить максимальное сопротивление перемещению бульдозера Р. Данный расчет мы начнем с определения составляющих данной величины.

Сопротивление грунта резанию:

Сопротивление перемещению призмы грунта перед  отвалом бульдозера:

при учете того обстоятельства, что угол наклона местности β<10⁰, расчет необходимо вести по формуле:

Определим объем  призмы волочения V_пр по формуле:

тогда

Определяем сопротивление  от скольжения грунта вверх по отвалу:

 

 

Определяем сопротивление  трению ножа отвала бульдозера по грунту:

Определяем сопротивление перемещению тягача:

при учете того обстоятельства, что угол наклона  местности β<10⁰, расчет необходимо вести по формуле:

Определяем максимальное сопротивление перемещению бульдозера:

Определяем силу тяги по сцеплению с грунтом бульдозера:

Определяем расходуемую двигателем мощность:

 

Производительность  бульдозера.

 

Определим коэффициент  потерь грунта: