Совершенствование отвала бульдозера

     Дальность транспортирования грунта 0,03 км 
 
 

     Дальность транспортирования грунта 0,06 км 
 
 

     Дальность транспортирования грунта 0,09 км 
 
 

     Дальность транспортирования грунта 0,12 км 
 
 

     Проанализировав показатели, можно сказать, что комплект СКМ-2 с модернизированным бульдозером использовать гораздо эффективнее, нежели комплект СКМ-1 с базовым бульдозером.

     Можно сказать, что модернизация бульдозера значительно уменьшает себестоимость, металлоемкость, трудоемкость и удельные приведенные затраты единицы продукции СКМ, а также значительно уменьшает энергоемкость процесса возведения земляного полотна.  

 

     3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 

     3.1 Тяговый расчёт

     3.1.1 Определение сопротивления копанию грунта бульдозером 

     Целью расчёта является определение суммарного сопротивления движению бульдозера при копании грунта.

     Произведём  расчёт применительно к наиболее распространённому способу работы – лобовому толканию грунта при  бестраншейном способе работ.

     Объём призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала, свойств грунта и  определяется по формуле /2/ 
 
 

где B – ширина отвала, В = 3,2 м;

    Н – высота отвала, Н = 1,2 м;

    К_пр – коэффициент зависящий от характера грунта и от отношения , т.е. , а значит, согласно /2/,  К_пр = 0,85. 
 
 

     При транспортировании грунта отвалом  бульдозера по горизонтальной поверхности возникают сопротивления:

     W_р – сопротивление резанию;

     W_пр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом;

     W_в – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу;

     W_m – сопротивление перемещению бульдозера;

     W_тр – сопротивление трению ножа бульдозера о грунт; 

     Сопротивление резанию определяется по формуле 
 

где k –  удельное сопротивление лобовому резанию, т/м²;

      h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта, м 
 
 

     При перемещении призмы волочения часть  ее теряется в боковые валики, поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину h₁ для срезания стружки, восполняющей потери грунта в боковые валики. Потери грунта в боковые валики на 1 м пути могут быть оценены коэффициентом k_п : 
 
 
 
 

где   V_в – объем грунта в боковых валиках в плотном теле на 1 м пути

     V_пр – фактический объем призмы волочения в плотном теле, м³

    Коэффициент k_п зависит от свойств грунта:

    Для связных грунтов……………………………………………0,025 - 0,032

     Для несвязных грунтов…………………………………………0,06 - 0,07 
 
 

     Величина  заглубления определяется по формуле 
 
 
 

     Сопротивление перемещению призмы волочения (см. рисунок 3.1) определяется по формуле 
 
 

где G_пр – вес призмы волочения в кГ;

    γ_г – объемный вес грунта в плотном теле в кГ/м³;

    μ₂ – коэффициент трения грунта по грунту, для связных грунтов μ₂ = 0,5, для несвязных грунтов μ₂ = 0,7, максимальное значение μ₂ = 1,0 
 
 

    Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу (см. рисунок 3.1) определяется по формуле 
 
 

где δ  – угол резания, δ=55;

      μ₁ – коэффициент трения грунта по металлу, μ₁=0,5 
 
 

     Сопротивление перемещению бульдозера определяется по формуле 
 
 

где G –  вес трактора и бульдозера, т;

     f – коэффициент сопротивление  перемещению движителей трактора,                               f = 0,1÷0,12. 
 
 

    

    Рисунок 3.1 – Схемы к определению сопротивления  копанию грунта бульдозером 

     Сопротивление трению ножа бульдозера о грунт W_тр учитывается в том случае, когда вертикальная составляющая сопротивлению копанию и собственный вес рабочего оборудования G₁, передающей на грунт, не воспринимаются системой управления и не передаются на ходовую часть бульдозера.

     Сопротивление трению ножа бульдозера о грунт определяется по формуле 
 
 

где Rx  и Rz – горизонтальна и вертикальная составляющие результирующей силы сопротивления копанию (рисунок 3.2);

    γ-угол наклона результирующей сил сопротивления  на отвале , град; при резании и перемещении плотного грунта , а разрыхлённого грунта  

    

    Рисунок 3.2 – Схема к расчёту горизонтальной и вертикальной составляющих результирующей сил сопротивления копанию 

     Горизонтальная  составляющая результирующей силы сопротивления  копанию определяется по формуле 
 
 

где – коэффициент использования тягового усилия , =0,6 – 0,8;

      - номинальная сила тяги. 
 
 
 
 

     Суммарное сопротивление движению определяется по формуле 
 
 
 

     Номинальное тяговое усилие бульдозера должно превышать  суммарное сопротивление движению при копании грунта. 
 
 
 

3.2 Определение сил действующих на бульдозер 

Задачей расчёта является определение таких  сил как:

- горизонтальной  составляющей суммарной реакции  грунта на нож;

     – вертикальной составляющей  суммарной реакции грунта на  нож;

     – силы подъема отвала.

     Горизонтальную  составляющую суммарной реакции  грунта на нож определим по следующей зависимости 
 
 

где - вес трактора, кг

      - вес рабочего органа, кг

      – максимальный коэффициент сцепления движителя с грунтом,=0,95

      – угол трения грунта по металлу,  
 
 

     Вертикальную  составляющую суммарной реакции  грунта на нож определим по следующей зависимости 
 
 
 
 

     Силу  подъёма отвала определим по формуле 
 
 

где - сила подъёма отвала, кг;

      – плечо силы (см. рисунок 3.3), ;

     – плечо силы , ;

     – плечо силы , ;

     – плечо силы ,  
 
 
 

Рисунок 3.3 – Схема сил действующих  на бульдозер 

3. Расчёт  на прочность толкающего бруса

 

     Задачей расчёта является определение суммарного напряжения в толкающем брусе и сравнение его с допустимым.

     Для расчёта на прочность воспользуемся  расчётной схемой (рисунок 3.4) 

     

     Рисунок 3.4 – Расчётная схема толкающего бруса 

     Учитывая  возможность неравномерного распределения  нагрузок между подкосами, допускаем, что работает лишь один из них, и  за расчётное значение силы в подкосе  принимаем удвоенное значение силы .

     Реакции в шарнире C определяются из уравнений равновесия сил, действующих на рабочее оборудование.

     Горизонтальная  реакция в шарнире С₁ определяется по формуле 
 
 

где – угол между силой подъёма отвала и горизонталью,  
 
 

     Вертикальная  реакция в шарнире С₁ определяется по формуле 
 
 
 
 

     Сила  в подкосе (рисунок 3.4) и реакции в шарнире А₁ определяются из условий равновесия толкающего бруса.

     Сила  в подкосе определяется по формуле 
 
 

где  - плечо силы до точки А₁,

      – плечо силы до точки А_1,

        – плечо силы до точки А₁,  
 
 

     Горизонтальная  реакция в шарнире А₁ определяется по формуле 
 
 

где  – угол между силой и горизонталью (рисунок 3.4). 
 
 

            Примем Р_В1=Р_В2, т.е. значение силы в подкосе соответствует случаю одинакового нагружения правого и левого подкоса.

     Вертикальная  реакция в шарнире А₁ определяется по формуле 
 
 
 
 

           Проектируя силы Х_С1, Z_C1 на оси Х^’ и Z^’ и складывая проекции, получим:

      Горизонтальная  реакция в шарнире С₁ относительно оси Х^’ определяется по формуле 
 
 

где  – угол между осью толкающего бруса и горизонталью,  
 
 

            Вертикальная реакция  в шарнире С₁ относительно оси Z^’ определяется по формуле 
 
 
 
 

            Опасным сечением бруса  является сечение , в котором действуют следующие условия:

                 Изгибающий момент в плоскости (рисунок 3.4), определяется по формуле 
 
 

где l₂ – расстояние от точки С до точки D (рисунок 3.4), l₂=1,62м 
 
 

            Изгибающий момент в плоскости  (рисунок 3.5), определяется по формуле