Модернизация бульдозерного оборудования

ВВЕДЕНИЕ

 

Бульдозер – землеройная машина, состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования, предназначенная для резания и перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.

Бульдозеры как навесное оборудование на тракторы, тягачи и другие базовые машины широко распространены, что объясняется простотой их конструкции, высокой производительностью, возможность их использования в самых разнообразных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполненных работ. Применяются они в дорожном, железнодорожном, горнорудном, мелиоративном и ирригационном строительстве.

Бульдозеры классифицируются по назначению, весу и мощности, силе тяги базовой машины и типу движителя; отдельным конструктивным признакам; системе управления рабочим органам и др.

По назначению бульдозеры делятся на бульдозеры общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-транспортных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.).

По мощности двигателя базовых машин современные бульдозеры можно условно разделить на следующие группы (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1  Классификация бульдозеров по мощности двигателя и по номинальному тяговому усилию.

 

Типы	N в кВт (л.с.)	Тн  в Т
Малогабаритные Легкие Средние Тяжелые Сверхтяжелые	До 15 (20) 15,5 – 60 (21 – 80) 60 – 108 (81 – 147) 110 – 220 (150 – 300) Больше 220 (больше 300)	До 2,5 2,6 –7,5 8,0 –14,5 15,0 –30,0 Больше 30

 

Классификация бульдозеров по номинальному тяговому усилию представлена в таблице 29 /1/.

По типу движителя базовой машины бульдозеры разделяются на  гусеничные и колесные. Колесные бульдозеры создаются на базе колесных тракторов, колесных тягачей, автомобилей и специализированных самоходных машин (автогрейдеров и др.).

По размещению рабочего органа бульдозерного оборудования на базовой машине различают бульдозеры с передним и задним расположением отвала.

В бульдозерах с гидравлическим управлением отвал внедряется в грунт принудительно в результате усилий, развиваемых гидросистемой. Эти усилия могут достичь 40% и более от общего веса трактора. При гидравлическом управлении отвалу могут быть заданы четыре положения: подъем, принудительное опускание, плавающее положение, фиксированное положение.

Различают: бульдозер с неповоротным отвалом, т.е. бульдозер, отвал которого имеет неизменное положение в горизонтальной плоскости, перпендикулярное продольной оси машины; бульдозер с поворотным отвалом, т.е. бульдозер, у которого можно изменять положение отвала в горизонтальной плоскости.

2.    ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

 

За главный параметр бульдозеров принимается номинальное тяговое усилие трактора или тягача. За основные параметры бульдозеров приняты: эксплуатационный вес бульдозера; скорости рабочего и обратного хода; среднее удельное давление ходовой части на грунт и смещение центра давления; удельное горизонтальное и вертикальное давление на режущей кромке ножа, определяющее возможность разработки бульдозером грунтом с различным сопротивлением копанию.

Удельное горизонтальное усилие на режущей кромке рг, кг/см, находим по формуле

 

 

Рг= ,                                                                                   (1)

 

где В – ширина отвала, мм

      Тн – номинальное тяговое усилие, т, Тн=18т (180кН), таблица 29 /1/.

Ширину отвала находим по формуле

 

 

В=1,4* ,                                                   (2)

 

 

где m – масса бульдозера, т, m=17500т.

В=1,4* =3650 мм. Принимаем В=4000 мм.

Рг = =45кН/м.

Из таблицы 30 /1/, выбираем удельное вертикальное давление на режущей кромке и категорию грунта. Рв=35кН/м, категория грунта 3.

Основные параметры поперечного профиля отвала бульдозера выбираем по таблице 31 /1/, и заносим выбранные значения в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1 Основные параметры поперечного профиля отвала бульдозера.

 

Параметр	Отвал неповоротный
Угол резания σ в град Угол наклона отвала ξ в град Угол опрокидывания ψ в град	55 75 70

 

 

 

 

Продолжение таблицы  2.1

 

Параметр	Отвал неповоротный
Задний угол ά в град Угол заострения ножа β в град	33 22

 

  Угол захвата конструктивно выбираем φ=45, но при конструировании угол захвата принимаем φ=60.

Высота отвала Н определяется силой тяги Тн и грунтовыми условиями, для которых предназначается проектируемый бульдозер. Высота отвала может быть определена:

Для бульдозера с поворотным отвалом

 

 

Н=500* - 5*Тн,                                                     (3)

 

 

где Тн—номинальная сила тяги бульдозера в т.

Н=500* -5*18= 1220 мм.

   Из таблицы 32 /1/, найдем уравнения регрессии для определения некоторых основных параметров гусеничных бульдозеров с двигателем мощностью от 25 до 310 л. с. при мощности базовой машины (Т—130) 118кВт. Сведем полученные значения в таблицу 2.2.

 

Таблица  2.2 Уравнение регрессии для определения некоторых основных параметров гусеничных бульдозеров с двигателем мощностью от 25 до 310 л. с.

 

Параметры	Уравнение	Значение
Тяговое усилие (номинальное) в кН	Тн= (0,77…1,23)*(93,5N)	Тн=1,23*93,5*118=135,71
Высота отвала в мм	Н=(0,81…1,19)*(201 )	Н=1,156*201 =1140
Наибольший подъем отвала в мм	hп.о = (0,79…1,22)*(208 )	hп.о = 0,91*208* =930
Максимальное опускание отвала в мм	tp=150…475	tp=400

 

 

 

 

 Продолжение таблицы 2.2 

 

Параметры	Уравнение	Значение
Скорость в км/ч минимальная максимальна	ύmin=2…2,75 ύmax=6,5…11,5	ύmin=2,51 ύmax=11,5
Удельное давление гусениц на грунт в кг/см2 (Н/м2)	Р=0,35…0,63	Р=0,5 (50000)
Вес полный кг	G=(0,77…1,23)*(110N)	G=1,23*110*118=15965 (17500)

 

 

Радиус кривизны поверхности отвала :

 

 

R=                                                                                                                                                                          (4)

 

где  σ-угол резанья,град;

        ψ-угол опрокидывания,град.

       R=1243мм.

Угол установки отвала ξ=75,град.

 

 

Высота козырька Н1 = (0,1…0,25) Н

 

 

 

Н1 = 1220*0,18=220 мм.

Угол установки козырька ψ 1 =(90…100) град.

Примем ψ 1 = 95,град.

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.    ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

 

Рассмотрим вопросы тягового расчета применительно к наиболее распространенному способу работы — лобовому толканию грунта при бестраншейном способе работ.

Объем призмы волочения (м3), зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта и определяется по формуле /1/

 

 

Vпр= L*H2/2*kпр ,                                         (5)

 

 

где L—ширина отвала;

      H—высота отвала;

kпр—коэффициент зависящий от характера грунта и отношения H/L. Примем kпр=0,80.

Vпр=4000*11402/2*0,8=3,23 м3.

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной площадке возникают сопротивления, которые будем определять по формулам /1/:

Сопротивление резанию в кН

 

Wр=k*B*h1,                                                  (6)

 

где  k—удельное сопротивление лобовому резанию в кН/м2, k=170;

       В—ширина отвала  в м;

h1—глубина резания во время перемещения призмы грунта (величина заглубления), которую определим по формуле /1/

 

 

h1=kп* Vпр/B,                                              (7)

 

 

где kп—коэффициент определяющий потери грунта в боковые валики на 1м пути, он зависит от свойств грунта. Примем  kп=0,0285—для связных грунтов.

 h1=0,0285*3,23/4=0,023м.

Wр=170*4*0,023=15,64 кН.

Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом в кН

 

 

Wпр=Gпр*µ2,                                             (8)

 

 

где µ2—коэффициент трения грунта по грунту µ2=0,5;

      Gпр—вес призмы волочения в Н, которая определятся по формуле /1/

 

 

Gпр=Vпр*γг*g,                                            (9)

 

 

где γг—объемный вес грунта в плотном теле кг/м3. Примем  γг=1800;

g—ускорение свободного падения, g=9,81м/с2.

Wпр=3,23*1800*9,81*0,5*10-3=28,52кН.

Сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу в кН

 

 

Wв=Gпр*cos2σ*µ1,                                       (10)

 

 

где σ—угол резания, σ=55;

µ1—коэффициент трения грунта по металлу, µ1=0,8 (тяжелый суглинок).

Wв=3,23*1800*9,81*cos255*0,8*10-3=15,011кН.

Сопротивление перемещению бульдозера в кН

 

 

Wf=G*f,                                                (11)

 

где f—коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора, для гусеничной машины f=0,1;  

G—сила тяжести бульдозера в Н, которая определяется по формуле /1/

 

 

      G=(1,17…1,28)*Gбм*g,                                    (12)

 

 

где Gбм—вес базовой машины, Gбм=13630 кг.

G=1,22*13630*9,81=163130Н*10-3 (163,13кН),

Wf=163,13*0,1=16,313.

 

Для бульдозеров с неповоротным отвалом суммарное сопротивление движению ,кН по формуле /1/

 

 

W=Wp+Wпр+Wв+Wf,                                      (13)

 

W=15,64+28,52+15,011+16,313=75,484 (kH)

 

Имея введу, что сопротивление грунта копанию преодолевается силой тяги базового тягача, можно написать неравенство

 

W≤Тн,                                                          (14)

 

где Тн—номинальная сила тяги бульдозера в кН.

 

 

Тн=G*φ,                                                       (15)

 

 

где φ—коэффициент сцепления грунта с гусеницами, φ=0,9.

Тн=163,13*0,9=148,82,

75,484≤148,82.

Потребная мощность двигателя базовой машины л.с.(кВт) определяется по формуле /1/

 

 

N= W*ύд/2700*η,                                                     (16)

 

 

где ύд—действительная скорость движения бульдозера в км/ч, ύд=2,8;

η—механический к.п.д. машины, η=0,9.

N=75484*2,8/2700*0,9=106,6(83,15), что составляет 70% от мощности базовой машины (118), следовательно Т—130 в качестве базовой машины подходит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1    РАСЧЕТ УСИЛИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ