Что такое призма волочения бульдозера

Строительные машины и оборудование

Информационный портал

Добро пожаловать, у нас Вы найдете все о строительной технике, включая колесные и гусеничные экскаваторы, грейдеры, бульдозеры, тракторы, скреперы, бетононасосы и прицепы.

Производительность бульдозера и бульдозера-рыхлителя и способы ее повышения

Производительность бульдозера и бульдозера-рыхлителя на землеройно-транспортных работах определяется количеством разработанного грунта в куби­ческих метрах за единицу времени.

Различают техническую и эксплуатационную производительность бульдозе­ра. Технической производительностью бульдозера называют наибольший объем грунта, который машина может разработать и переместить за 1 ч работы при самых благоприятных условиях.

Техническую производительность бульдозера Пт (м3/ч) определяют по формуле

где —V объем призмы волочения, м3; Ку — коэффициент уклона местности; Кс — коэффициент сохранения грунта при транспортировании (Кс = 0,005Lт); Тц — время рабочего цикла, с; Lт — длина траншеи.

Значение коэффициента уклона местности дано в табл. 2.

Для повышения производительности бульдозера большое значение имеет ко­личество грунта, перемещаемого отвалом за один рабочий цикл, которое характе­ризуется объемом призмы волочения. При срезании стружки 4 грунт собирается перед отвалом 2 в виде призмы 1, которая выступает на расстояние А. В процессе транспортирования неизбежны потери в валики 3 через боковые щиты отвала. Чем больше призма волочения, тем выше производительность бульдозера.

Объем призмы волочения Vn (м3) ориентировочно определяют из условия, что грунт располагается под углом естественного откоса Ф0, град:

Источник

Бульдозеры. Формулы расчета рабочих показателей землеройно-транспортных машин

Землеройно-транспортные машины (ЗТМ) предназначены для послойного отделения грунта от массива, его захвата и транспортирования. К ним относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и струги.

Область рационального применения ЗТМ ограничена дальностью перемещения грунта. Бульдозеры эффективны при транспортировании грунта на небольшие расстояния – до 100 м; скреперы с гусеничными тягачами – до 300 м, колесными – 3…5 км. Грейдерами и автогрейдерами обычно перемещают грунт на несколько метров, в некоторых случаях – на несколько десятков метров. Дальность перемещения грунта грейдер–элеваторами и стругами ограничивается вылетом их отвального конвейера или дальностью действия метателя.

ЗТМ классифицируются: по мощности силовых установок: (малой до 100 кВт, средней (100…200) и большой (свыше 200 кВт); по режиму работы – цикличного (бульдозеры, скреперы, грейдеры) и непрерывного (грейдер–элеваторы, струги) действия; по конструкции рабочих органов – ножевые (бульдозеры, грейдеры, автогрейдеры, грейдер–элеваторы и струги), ковшовые (скреперы); по степени подвижности – самоходные, прицепные и полуприцепные.

Землеройно-транспортными машинами, в основном, производятся земляные работы в дорожном, гидротехническом и аэродромном строительстве. Бульдозеры как универсальные машины, применяются для всех видов строительства.

Рабочий процесс ЗТМ цикличного действия состоит из операций отделения грунта от массива (копания), его транспортирования к месту укладки (отсыпки), разгрузки и возвращения машины на исходную позицию. Грунт отделяют от массива гладкими или оснащенными зубьями ножами за счет тягового усилия тягача. В зависимости от вида рабочего оборудования отделенный грунт накапливается перед отвалом или поступает в ковш, которым он транспортируется к месту отсыпки. Скорости передвижения ЗТМ выбирают а зависимости от преодолеваемых сопротивлений и иногда по технологическим соображениям, например, возможностью оптимального управления грейдером или бульдозером при профилировочных и планировочных работах.

В большинстве случаев ЗТМ перемещаются передним ходом. Некоторые виды работ в зависимости от местных условий могут выполняться по челночной схеме с возвратом машины на исходную позицию задним ходом, например, при засыпке траншей и котлованов бульдозером, при планировочных работах на коротких участках.

Все операции рабочего цикла ЗТМ непрерывного действия (резание, транспортирование и разгрузка грунта) выполняются одновременно. При этом для резания используется землеройный рабочий орган, а для перемещения и отсыпка грунта специальный транспортирующий рабочий орган в виде ленточного конвейера или метателя.

Бульдозеры.

Бульдозер состоит из трактора, оборудованного управляемым отвалом с ножом для послойного срезания, перемещения и разравнивания грунта.

Бульдозерами возводятся насыпи, планируются площадки и откосы, отрываются и засыпаются траншеи, котлованы, каналы, штабелируются и распределяются по поверхности различные сыпучие материалы. Они могут использоваться для корчевки пней и валки деревьев, расчистки дорог и площадок, для работы в качестве толкачей скреперов.

Бульдозеры классифицируют по номинальному тяговому усилию и ходовым системам базовых тракторов, назначению, конструктивным отличиям навесного оборудования.

По номинальному тяговому усилию бульдозеры подразделяют на сверхтяжелые – с номинальным тяговым усилием более 350 кН, тяжелые – 200-350 кН, средние – 135-200 кН, легкие – 25-135 кН и очень легкие – менее 25 кН.

Различают бульдозеры общего, специального и многоцелевого назначения. Бульдозеры общего назначения предназначены для землеройно-транспортных и планировочных работ в различных климатических условиях при температуре воздуха от –40 0 до +40 0 С.

Специальные бульдозеры предназначены для выполнения таких работ, как прокладка путей и пионерных дорог, сгребание торфа, разравнивание кавальеров, подземная или подводная разработка материалов, разработка легких материалов типа угля, а также для работы в особых климатических и эксплуатационных условиях (при низких отрицательных температурах до –60 0 С, тропической влажности и температуре до +60 0 С, в сухом и жарком климате пустынь, в опасных и загазованных местах, на грунтах с пониженной несущей способностью и т.д.). На специальных бульдозерах используют отвалы различных типов, соответствующих их назначению.

Бульдозеры многоцелевого назначения наряду с выполнением обычных землеройно-транспортных работ используют для разработки и засыпки траншей, каналов, скважин, отрывки корыт проведения земляных работ на мерзлых грунтах, погрузочно-разгрузочных работ. В этом случае бульдозерное оборудование агрегатируют с задним оборудованием экскаватора, рыхлителя, канавокопателя, бурильно-крановой машины и т.п.

Бульдозеры–рыхлители выпускают общего и специального назначения. Машины общего назначения служат для разработки и перемещения мерзлых и разборно–скальных грунтов. Бульдозеры – рыхлители специального назначения имеют рыхлительное оборудование в однозубом исполнении для глубокого рыхления грунтов. В многозубом исполнении рыхлители используют на горных работах.

По ходовому устройству различают бульдозеры гусеничные и колесные.

Рис. 14.1 Схемы основных типов отвалов бульдозера:

По типу рабочего органа различают бульдозеры (рис. 14.1):

с неповоротным отвалом, который установлен перпендикулярно продольной оси машины и не может поворачиваться в плане;

с неповоротным полусферическим отвалом, боковые части которого установлены под небольшим углом к лобовой поверхности;

с неповоротным сферическим отвалом, состоящим из трех примерно равных частей, установленных одна к другой под углом около 15 0 ;

с неповоротным усиленным отвалом, оборудованным амортизаторами для уменьшения ударных нагрузок при толкании скреперов;

с поворотным отвалом, устанавливаемым в горизонтальной плоскости под углом в обе стороны от продольной оси машины или перпендикулярно к ней;

универсальные (или путепрокладчики) с шарнирно сочлененным отвалом из двух половин, которые по отдельности или вместе можно устанавливать в горизонтальной плоскости под углом к продольной оси машины или перпендикулярно к ней.

По типу рамы различают бульдозеры с охватывающей и внутренней рамой. Внутреннюю раму используют для бульдозеров толкачей, жесткость которых должна быть повышенной.

По типу механизма управления различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. Управление последнего типа в настоящее время почти не используют.

Бульдозеры выполняют как навесное оборудование на гусеничных (ДТ–75, Т-4АП2, Т-130, Т-170, Т-180, ДЭТ-250М, ДЭТ-250М2, ДЭТ-320, Т-330, Т-25.01, Т-35, Т-50, Т-500, Т-800) или пневмоколесных (К-702, МТЗ80/82) тракторах.

Рабочий орган в виде отвала 5 с ножами 4 в его нижней части навешивают на трактор через два толкающих бруса 2 (рис. 14.2, б) или универсальную раму 3, которая имеет шарнирные соединения 1 с боковыми балками ходовых тележек трактора или с кронштейнами его нижней рамы (при пневмоколесном тракторе). Вместе с толкающими брусьями и раскосами 6 (рис. 14.2, а) отвал образует жесткую систему, которая с помощью одного или двух гидравлических цилиндров 7 может подниматься и опускаться, поворачиваясь в вертикальной плоскости относительно шарниров 1. При этом режущая кромка ножей отвала всегда остается перпендикулярной продольной оси машины.

По второй схеме (бульдозеры с поворотным отвалом) отвал соединяют с универсальной рамой шаровым шарниром 12 (рис. 14.2, в) и двумя толкателями 10, задние шарниры 9, которых закреплены в ползунах, перемещающихся по направляющим боковых балок подковообразной универсальной рамы и фиксируемых в требуемых положениях закладными штырями. Горизонтальный поворот отвала с отклонениями в каждую сторону на угол до 30…36 0 выполняется двумя гидроцилиндрами 11. Замена раскосов 6 постоянной длины винтовыми стяжками или гидроцилиндрами, способными изменять свою длину, обеспечивает регулирование угла резания и поперечный перекос отвала на угол до 12 0 в каждую сторону (рис. 14.2, г). За счет поперечных перекосов отвала удается сократить число повторных проходок при планировке поверхностей с поперечными уклонами и на косогорах и тем самым повысить производительность машины.

Рис.14.3 Схемы основных видов дополнительного сменного оборудования к бульдозерам с неповоротным отвалом.

Определяющим фактором в использовании различных видов сменного дополнительного оборудования к бульдозерам является объем специфических работ и возможность быстрой установки и демонтажа этого оборудования без переездов.

Технология производства земляных работ бульдозерами зависит от конкретных условий: вида и состояния грунта, рельефа местности, дальности перемещения грунта, высоты отсыпаемых насыпей и глубины разрабатываемых выемок.

Рабочий цикл бульдозера состоит из рабочего хода с копанием грунта, остановки для переключения движения на задний ход, холостого хода при возврате в исходное положение для копания и остановки для переключения на передний ход.

Основным элементом рабочего цикла является рабочий ход, при котором осуществляется внедрение отвала в грунт, накапливание перед отвалом определенного объема грунта, называемого призмой волочения, и перемещение его на требуемое расстояние, распределение и укладка грунта. Существуют три наиболее распространенные схемы внедрения отвала в грунт и набора призмы волочения в зависимости от вида грунта, ровности и уклона поверхности.

На ровной поверхности возможно резкое заглубление отвала на максимальную глубину копания и постепенное его выглубление по мере роста призмы волочения.

На нервной поверхности и из-за неточности управления отвалом, которое зависит от типа ходового устройства трактора и квалификации машиниста, внедрение отвала в грунт и набор призмы волочения осуществляют по гребенчатой схеме с частным выглублением и повторным заглублением отвала.

При работе на большом уклоне, когда вес машины способствует копанию, внедрение в грунт и набор призмы волочения можно осуществлять с постоянной глубиной резания.

Бульдозеры с поворотным отвалом, работают в режиме машин непрерывного действия. В этом случае, призма волочения, сформированная из отделенного от массива грунта, непрерывно перемещается в сторону наклона, за его край и укладывается в виде валика параллельно с направлением движения машины.

К основным параметрам бульдозера относятся номинальное тяговое усилие, эксплуатационная масса, скорости рабочего и обратного хода, среднее статическое давление, положение центра давления, удельное напорное усилие и вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала, параметры отвала.

Номинальное тяговое усилие бульдозера:

где φ_сц – коэффициент сцепления базовой машины с оборудованием (для гусеничных сельскохозяйственных тракторов φ_сц=0,62, для промышленных – 0,90, для колесных сельскохозяйственных тракторов φ_сц=0,5, для промышленных 0,6); G_сц – сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии ( ), где g – ускорение силы тяжести. При навешивании на базовый трактор только бульдозерного оборудования сцепная масса

m_бм – эксплуатационная масса базовой машины без навесного оборудования.

Если, кроме бульдозерного, навешивается и рыхлительное оборудование, то m_сц=(1,35-1,45)·m_бм.

При наличии одного ведущего моста у двухосного колесного тягача значение m_сц находится из условия статического распределения массы тягача между мостами на горизонтальной поверхности.

Если двигатель базовой машины не обеспечивает получение номинального тягового усилия по сцеплению, то за номинальное тяговое усилие принимается усилие Т_нб (кН) по паспортной характеристике трактора или определяется по формуле:

где N- мощность двигателя базовой машины, кВт; V – низшая рабочая скорость движения базовой машины, км/ч; η_т— КПД трансмиссии: механической – 0,83…0,86, гидромеханической – 0,73…0,76.

Эксплуатационная масса бульдозера ,

где m_бо— эксплуатационная масса бульдозерного оборудования.

Скорость рабочего хода бульдозера зависит от условий работы, мощности и типа тягача и принимается 2,5…6,0 км/ч для гусеничных машин и 3,5…8,0 – для колесных.

Скорость обратного хода бульдозера выбирают с учетом типа ходового оборудования тягача и принимают 5…8 км/ч для гусеничных машин и 8…15 км/ч – для колесных.

Среднее статистическое давление бульдозера:

; (14.3)

где F – опорная площадь движителей, для гусеничного бульдозера.

; (14.4)

; (14.5)

где L_оп – длина опорной поверхности гусениц; b – ширина гусеницы;

n – число колес; F_к – площадь отпечатка колеса на грунте.

Положение центра давления, т.е. точка приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель, устанавливается для трех основных случаев: а) бульдозер стоит на горизонтальной плоскости (отвал поднят на максимальную высоту); б) режет грунт на горизонтальном участке с оптимальной глубиной резания при максимальном объеме призмы волочения; в) осуществляет транспортировку максимальной призмы волочения в траншее без резания.

Положение центра давления (рис. 14.4) может быть рассчитано по формуле:

где Х_с – расстояние от оси задней звездочки до линии приложения равнодействующей всех нормальных реакций на гусеницу; R_v – вертикальная составляющая сопротивления грунта на отвале; R_н –горизонтальная составляющая этого сопротивления; a – расстояние по горизонтали от центра тяжести бульдозера до оси задней звездочки;

h_b – высота точки приложения результирующей, горизонтальной и вертикальной составляющих сопротивлений грунта на отвале.

Экспериментально установлено, что в случае резания связных грунтов h_b=0,17 Н, при резании несвязных грунтов и транспортировании грунтов h_b=0,27 Н (для отвалов постоянного радиуса кривизны), где Н – высота отвала.

Соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими результирующей оси копания грунта определяется зависимостью:

; (14.7)

где ν – угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале.

Для бульдозера на колесном тягаче для тех же случаев определяют реакции на передние и задние колеса. Во всех случаях не допускается равенство одной из реакций нулю, т.е. отрыв колес бульдозера от грунта.

Рис 14.4 Схема определения центра давления

Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала:

где B – длина ножа отвала.

Вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала:

где R₃ – наибольшее вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала по условиям опрокидывания базовой машины относительно задних кромок опорных поверхностей гусениц; F – опорная площадь режущей кромки ножей отвала.

Площадь F и вертикальное давление q_в определяют для неизношенных (рис. 14.5, сечение а-а) и изношенных (рис. 14.5, сечение б-б) ножей при основном угле резания δ.

Рис. 14.5 Сечение неизношенного ножа бульдозера

У современных бульдозеров удельное напорное усилие составляет 40-100 кН/м режущей кромки ножей отвала, увеличиваясь с повышением номинального тягового усилия.

Вертикальное давление q_в в случае принудительного заглубления отвала составляет 400-8000 кПа при незатупленных ножах и 200–1500 кПа при полностью затупленных. В среднем вертикальное давление при затупленных ножах в три раза ниже, чем при незатупленных. По удельному напорному усилию и вертикальному давлению на режущей кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной прочности. Для Ι категории грунта q_r=15 кН/м, q_в=1000 кПа (не более); для ΙΙ категории – 20…40 и 1200…2400; для ΙΙΙ категории – 41…60 и 2500…3500; для ΙV категории – более 60 кН/м и более 3500 кПа.

Основными параметрами отвала являются его ширина В и высота Н. Ширина В должна быть такой, чтобы при любом рабочем положении отвала она превышала габаритную ширину ходовой части машины не менее, чем на 100 мм с каждой ее стороны.

Ширина неповоротного отвала В(м) может быть установлена по зависимости:

; (14.10)

Высота отвала Н (мм) может быть определена в зависимости от номинального тягового усилия Т_нб (кН) бульдозера. При неповоротном отвале ее определяют из выражения:

; (14.11)

Для поворотных отвалов:

; (14.12)

где А=0,5 при Т_нδ 400 кН.

Отвалы бульдозера оснащаются козырьком, высота которого составляет (0,1…0,3) Н.

Параметры профиля отвала задаются углами резания δ (угол между горизонталью и передней плоскостью ножей), наклона ε (угол между горизонталью и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала), и опрокидывания β (угол между горизонталью и касательной к остальной поверхности в верхней кромке отвала) (рис. 14.6). Экспериментально установлена целесообразность создания отвалов с постоянным радиусом кривизны, который выбирается в диапазоне R=(0,8…0,9) Н.

Построение профиля выполняется в соответствии с рис. 14.6 следующим образом. Из точки 0 (начало координат) проводят прямую О-А под углом ε и прямую О-Б под углом δ к оси абсцисс.

Рис. 14.6 Профиль отвала бульдозера

Тяговый расчет.

Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях, оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины, определить угол подъема, который может преодолеть машина с максимальной призмой волочения.

Условие тягового расчета:

(14.13)

здесь Р – сопротивление перемещению бульдозера в процесс копания грунта (кН), которое складывается из сопротивления перемещения машины с учетом уклона Р_пер, сопротивления грунта резанию Р_рез, сопротивления перемещению призмы волочения Р_пр, сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу Р_от:

; (14.14)

Объем призмы волочения рассчитывается по формуле:

; (14.15)

где К_пр – коэффициент, зависящий от характера грунта и отношения . При =0,3-0,4; К_пр=0,8–0,9для связных грунтов и 1,2-1,3 для несвязных грунтов.

Расчет по зависимости ( 14.14) проводят для следующих расчетных положений:

1) начальный этап заполнения отвала, призма грунта отсутствует, т.е. V=0;

2) конечный этап заполнения отвала при резании грунта с максимальным объемом призмы волочения.

Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания:

; (14.16)

Во втором положении находят минимальную глубину резания:

; (14.17)

Минимальные значения глубины резания должны быть не менее значений h_п, определяемых по условию возмещения потерь грунта из призмы в боковые валики в процессе ее перемещения:

; (14.18)

где Δ – опытный коэффициент, равный 0,29 для связных грунтов и 0,45 – для малосвязных.

Если бульдозер поворотный, то сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания:

; (14.19)

где Р_вд – сопротивление перемещению грунта вдоль по отвалу:

; (14.20)

Основными параметрами гидравлической системы управления отвалом бульдозера являются: усилия на штоках гидроцилиндров Р_ц, скорости их передвижения V_п; рабочее давление жидкости р, расход жидкости Q, мощность на привод насоса; КПД привода.

Усилие на штоках гидроцилиндров подъема отвала определяется из условия статического равновесия трактора относительно передней и задней кромок опорной поверхности гусениц или осей передних и задних колес.

При заглублении (рис. 14.7)

; (14.21)

при выглублении (рис.14.8)

; (14.22)

где G_po – вес рабочего оборудования; G – вес бульдозера без рабочего оборудования.

Для цилиндров изменения угла зарезания (перекоса), захвата и резания при определении усилий исходят из следующего: усилие, развиваемое гидроцилиндром поперечного перекоса отвала должно быть достаточным для поворота базовой машины в обе стороны вокруг оси, проходящей вдоль края опорной поверхности движителя, при упоре краем отвала в жесткое препятствие. Усилие в механизме изменения угла резания определяют при уменьшении и увеличении последнего. В случае уменьшения угла резания усилие в исполнительном механизме должно быть достаточным для преодоления действующих на режущую кромку горизонтальной и вертикальной составляющих сопротивления копанию. Последние рассчитываются по формуле:

; (14.23)

; (14.24)

Рис. 14.7 Схема для определения усилия заглубления отвала

Рис. 14.8 Схема для определения усилия выглубления отвала

В случае увеличения угла резания усилие в исполнительном механизме должно вызывать опрокидывание бульдозера вокруг задней кромки опорной поверхности при упоре кромки ножа в жесткое препятствие.

Усилие в механизме изменения угла захвата должно быть достаточным для преодоления силы, приложенной к краю отвала и способной вызвать разворот машины. Эта сила определяется выражением:

; (14.25)

где b – колея трактора.

Скорости движения штоков гидроцилиндров подъема и опускания отвала находятся в зависимости от принятых скоростей подъема и опускания отвала, под которыми понимают вертикальную составляющую скорости перемещения кромки ножа. Скорость заглубления (опускания) выбирается такой, чтобы заглубление ножа на горизонтальной поверхности осуществлялось на основной рабочей передаче под углом к горизонтали, не превышающим затылочного угла ножа, а также чтобы грунт не снимался коробкой жесткости отвала. Это условие соблюдается, если:

Для бульдозера с поворотным отвалом расчеты ведут при угле захвата , а также при наименьшем угле захвата (40…45 0 ) для первого расчетного положения и для положения, когда h=0. На основании расчетов устанавливают возможность использования той или иной передачи при копании и перемещении грунта.

где V – скорость передвижения бульдозера; θ – задний угол.

Скорости движения поршня относительно корпуса цилиндра принимаются в пределах 0,3…0,5 м/с.

Если базовая машина не имеет встроенного гидропривода, который может быть использован для управления бульдозером, номинальное рабочее давление ρ рекомендуется выбирать равным 10, 16, 25, 32 МПа.

Количество исполнительных цилиндров принимается исходя из общей компоновки бульдозера с учетом действующих на цилиндр усилий возможностей унификации конструктивных элементов.

Внутренний диаметр гидроцилиндров d_ц (мм) вычисляется в зависимости от значений действующего усилия Р_ц (кН) и расчетного давления жидкости в системе Р_р (МПа). При выдвижении штока:

; (14.27)

где — коэффициент мультипликации, равный отношению площадей поршневой и штоковых полостей; d_ш – диаметр штока; η_мц=0,93…0,97 – механический КПД гидроцилиндра.

При втягивании штока:

; (14.28)

Противодавления Р_ш и Р_п, возникающие вследствие вытеснения масла из гидроцилиндра можно принимать Р_ш≈Р_п=0,3…0,5 МПа.

Полученное значение диаметра округляется до рекомендуемых ОСТ22-1417-79 размеров, которые установлены для внутреннего диаметра гидроцилиндра – диаметра и хода штока в мм соответственно: 40…18, 25; 50…22, 32; 63…28, 40; 80…36, 50; 100…45, 63; 70; 110…50, 70. 80; 125…56, 80, 90; 140…63, 90, 100; 160…70, 100, 110; 180…80, 110, 125; 200…90, 1254 220…100, 140; 250…110, 160.

Подача насоса (л/мин):

; (14.29)

где Z – число одновременно работающих гидроцилиндров;

η₀=(0,92-0,97) – объемный КПД, учитывающий утечки рабочей жидкости.

По значениям подачи Q_н и принятого номинального давления Р определяется тип и количество насосов, устанавливаемых на машине, или проверяется соответствие встроенного насоса базового тягача гидросистемы.

Мощность (кВт), потребляемая насосом определяется по формуле:

; (14.30)

где η =(0,6-0,8) – КПД гидропривода.

Внутренний диаметр трубопроводов «d» (мм) выбирается таким, чтобы обеспечивалась средняя скорость жидкости 3…5 м/с в нагнетательном трубопроводе и до 1,5 м/с – во всасывающем.

; (14.31)

где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин; V – средняя скорость жидкости, м/с.

Полученный расчетом внутренний диаметр округляется до рекомендуемого ближайшего: 2, 3, 4, 6, 8, 10, 13, 15. 20, 25, 32.

Расчет на прочность бульдозерного оборудования.

Для расчета рамы, отвала и других деталей бульдозера на прочность за расчетные принимают такие положения бульдозера в процессе его работы, при которых в деталях возникают наибольшие напряжения. Расчетным условиям соответствуют наиболее неблагоприятные сочетания активных сил, действующих на отвал бульдозера. При расчете бульдозеров принимают пять расчетных положений.

Расчетное положение Ι (рис. 14.9, а). Внезапный упор в препятствие средней точкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; механизм подъема в положении закрыто.

Принимают, что в средней точке на кромку отвала действует усилие:

; (14.32)

где Т_нбмакс – максимальное тяговое усилие бульдозера по сцеплению при коэффициенте сцепления φ_сцмакс=0,9…0,95; Р_д— динамическое усилие.

; (14.33)

V – скорость бульдозера в момент встречи с препятствием; С – приведенная жесткость препятствия и системы навесного оборудования.

где С₁ – жесткость препятствия; С₂ – жесткость навесного оборудования.

Жесткость препятствия С₁ принимается по экспериментальным данным для кирпичного столба шириной 650 мм (наиболее чаще встречающееся препятствие) – 18200 кН/м.

Жесткость металлоконструкции навесного оборудования бульдозеров можно ориентировочно определить по формуле:

; (14.35)

где α_ж – коэффициент жесткости навесного оборудования на 1 кг массы трактора равный 0,9…1,0 кН/(м·кг).

Расчетное положение ΙΙ (рис. 14.9, б). В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала, при этом гидроцилиндры развивают усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно задней кромки опорной поверхности гусениц (точка А рис. 14.10).

Рис.14.10 Расчетная схема положения бульдозера при опирании на кромку ножа отвала

; (14.36)

; (14.37)

где G_δ – вес трактора с бульдозерным оборудованием.

Расчетное положение ΙΙΙ. В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на крайней точке (С) отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А (рис. 14.10).

; (14.38)

Расчетное положение ΙV (рис. 14.9, в). В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно передней кромки поверхности гусеницы (точка В)(рис. 14.10). Принимается, что на кромку ножа действует вертикальное и горизонтальное усилия. Вертикальное усилие:

; (14.39)

; (14.40)

Если окажется, что (G_δ+P_z)φ_сцмакс>Т_нδ; (где Т_нδ – максимальное тяговое усилие на первой передаче), то следует принимать:

; (14.41)

; (14.42)

где μ – коэффициент бокового сдвига, равный 0,65-0,7.

Для бульдозеров с поворотным отвалом следует принимать расчетные положения Ι-V, если отвал перпендикулярен продольной оси трактора. Кроме того, необходимо проверить металлоконструкции при повернутом отвале с нагрузкой, приложенной на его выступающем конце (положения ІV и V).

Указанные случаи нагружения рассматриваются в специальной литературе.

Выбрав расчетные положения и наметив расчетные условия составляют расчетные схемы для каждого намеченного положения и по ним определяют активные силы, действующие на машину. Далее, из условия равновесия машины и отдельных ее частей, определяют неизвестные силы, необходимые для расчета на прочность отдельных элементов и узлов бульдозерного оборудования.

Производительность бульдозера и пути ее повышения.

Эксплуатационную производительность (м 3 /ч) при разработке и перемещении грунта определяют по выражению:

; (14.43)

где V_пр – объем грунта в призме волочения в конце копания в разрыхленном состоянии, м 3 (рассчитывается по формуле (14.15)); к_в – коэффициент использования рабочего времени; t_у – продолжительность рабочего цикла, с; к_р – коэффициент разрыхления грунта.

Продолжительность цикла (с) при движении бульдозера с поворотами на концах участка:

; (14.44)

где L_к и L_пер – длина участков резания и перемещения (несовмещенного с копанием), м; V_к, V_п, V_х – скорости рабочего, транспортного и возвратного ходов, км/ч; t_пов – время необходимое на один разворот, с; t_пп – время на переключение передач, с; t_оп – время на опускание и подъем отвала, с.

При планировочных работах производительность бульдозера (м 2 /ч):

; (14.45)

где L_пл – длина участка планировки, м; γ – угол установки отвала в плане, град; V_раб – скорость рабочего хода, м/с; n – число проходов по одному месту.

Перемещение грунта бульдозером с неповоротным отвалом сопровождается потерями его в боковые валики, образуемые одновременно с началом резания. Их сечение пропорционально объему грунта перед отвалом.

Для восполнения потерь грунта при перемещении его, осуществляют дополнительное резание. Без дополнительного подрезания грунта набранная призма теряется на расстоянии 8-10 м.

Уменьшения потерь грунта можно добиться реализацией ряда мероприятий, которые можно разделить на технологические и конструктивные.

К технологическим мероприятиям относится производство работ траншейным способом, при котором грунт перемещается по одному и тому же следу. Грунт удерживается с торцов отвала стенками траншеи или ранее образовавшимися валиками грунта. Значительно сокращаются потери грунта при спаренной или строенной работе бульдозеров, когда бульдозеры движутся параллельно вблизи друг друга, а отвалы не позволяют грунту просыпаться между ними. Эффективна работа бульдозера отрезками, на части длины рабочего хода, когда грунт доставляется к месту отвала не сразу, а этапами. В этом случае призму волочения, набранную на первом проходе, не перемещают до конца, а оставляют на середине дистанции рабочего хода. Набранную при втором проходе призму доставляют к этому же месту и на некоторое расстояние бульдозер, не останавливаясь, перемещает двойную призму волочения. То же самое повторяется при третьем проходе, после чего грунт доставляется к месту укладки. Разновидностью этого способа является так называемая работа через вал, которую обычно применяют на склонах и особенно при сталкивании грунта под крутой откос.

К конструктивным мероприятиям относится установка на торцах отвалов, открылок и уширителей, а также козырьков для увеличения высоты отвала.

Еще больший эффект дают отвалы совкового и сферического типов, но их применение в липких грунтах практически невозможно. Исключение составляют совковые отвалы с подвижной средней секцией. При заглублении отвала в грунт, средняя секция, свободно поднимаясь относительно крайних, не участвует в резании грунта. Копание грунта производится только крайними косоустановленными секциями, что позволяет устранить залипание отвала.

Повышению производительности бульдозера за счет снижения сопротивления копанию способствует создание на поверхности отвала в зоне трения газовой смазки. Подача сжатого газа на поверхность рабочего органа, создающего воздушную подушку между грунтом и отвалом, существенно (до 30%) снижает силы сопротивления и следовательно, позволяет повысить рабочие скорости бульдозера.

Эффективность и область применения бульдозеров определяются отношением тягового усилия к длине режущей кромки отвала. Увеличения удельной силы тяги на отвале можно достичь перекосом отвала в вертикальной плоскости или уменьшением длины режущей кромки путем установки на отвале выступающего среднего ножа. В том и другом случае становится возможной разработка более прочных и замерзших грунтов.

Автоматическое управление отвалом бульдозера также способствует повышению производительности. Оно обеспечивается аппаратурой типа «Автоплан» и «Комбиплан», которая позволяет улучшить планирующие свойства машины и защитить двигатель трактора от перегрузок.

Источник