Бульдозеры и рыхлители

ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис. 1.1), может быть установлено бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2, 4.

Рис. 1.1. Навесное оборудование бульдозера и рыхлителя

на гусеничном тракторе

Производительность бульдозера, м³/ч, при разработке и перемещении грунта определяется по формуле

, (1.1)

где – ширина призмы грунта впереди отвала, м;

– длина и высота отвала, м;

– угол естественного откоса грунта в движении, град;

– коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным 1-0,005L;

– дальность перемещения грунта, м;

– число циклов за 1 ч работы;

– продолжительность цикла, с;

– время резания грунта, с;

– длина пути резания (обычно 6–15 м);

– скорость движения трактора при резании грунта, м/с;

– время перемещения грунта, с;

– путь перемещения, м;

– скорость трактора при перемещении грунта, м/с;

– время обратного хода трактора, с;

– скорость движения трактора при обратном его ходе, м/с;

– дополнительное время, с (в дополнительное время входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.);

– коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема рыхлого грунта к объему того же грунта в плотном теле (1,12 – для песчаных; 1,22 – для суглинистых; 1,3 – для глинистых грунтов).

Скорость движения трактора (табл. 1.1) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.

Таблица 1.1

Основные параметры гусеничных тракторов

Окончание табл. 1.1

Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером,

, (1.2)

где – сопротивление грунта резанию (табл.1.2);

, (1.3)

где – длина отвала, м;

– угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;

с – толщина срезаемого слоя, м;

– коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров;

– сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала;

, (1.4)

где – угол естественного откоса грунта ( );

– плотность грунта;

– ускорение свободного падения;

– коэффициент трения грунта по грунту ( = 0,4–0,8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов);

Таблица 1.2

Значение удельных сопротивлений грунта резанию, МПа

-уклон пути;

– сопротивление трению грунта по отвалу

, (1.5)

где –угол резания ( );

– коэффициент трения грунта по стали ( = 0,7–0,8 для глины, = 0,5 –0,6 – для суглинка и супеси, =0,35–0,5 -для песка);

– сопротивление движению бульдозера с трактором;

, (1.6)

где – вес бульдозера с трактором;

– удельное сопротивление движению (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Удельное сопротивление движению

Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и общего сопротивления передвижению.

Производительность бульдозеров при планировочных работах, м²/ч,

,(1.7)

где – скорость движения бульдозера, км/ч;

– длина отвала, м;

– угол установки отвала в плане по отношению к продольной оси трактора;

– коэффициент, учитывающий перекрытие следов ( =0,8–0,85);

– число слоев планирования.

Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м³/ч,

, (1.8)

где – скорость движения рыхлителя, км/ч;

– глубина рыхления, м;

– ширина рыхления одним зубом ( ), причем большие значения соответствуют материалам слоистой структуры с горизонтальным расположением слоев;

– число зубьев;

– коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости ( = 0,7–0,8);

– коэффициент, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта ( = 0,6–0,8, причем меньшие значения соответствуют грунтам, образующим крупный скол, глыбы);

– число проходов по одному резу;

– число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки грунта к транспортированию.

Пример 1.1. Определить производительность бульдозера при разработке грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала =3,2 м, высота отвала = 1,3 м. Масса трактора с навесным оборудованием =17280 кг. Разрабатываемый грунт – плотный суглинок = 1700 кг/м³. Место работы – горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора = 90°;
– КПД трансмиссии.

Решение. Тяговое усилие, развиваемое трактором, =118 кВт (160 л.с.), =0,8 при скорости движения V=3,7 км/ч =1,03 м/с.

.

Сила тяги по сцеплению .При движении бульдозера по плотному грунту =0,9.

.

Условие движения без буксования > > .

Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при =40 , и по формуле (1.4)

.

Сопротивление от трения грунта по отвалу по формуле (1.5).

.

Сопротивление движению бульдозера по формуле (1.6)

.

Свободная сила тяги (запас тягового усилия) по сцепному весу

.

По мощности

.

Для дальнейших расчетов следует принимать меньшее значение. Расчетная глубина резания (толщина стружки грунта) из формулы (1.3)

.

Для разрабатываемого грунта – плотного суглинка =0,14 МПа (по табл.1.2).

В конце набора грунта

_.

В начале копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, свободная сила тяги

.

Отвал бульдозера может быть опущен на глубину

.

Средняя толщина срезаемого слоя

_.

Объем грунта в призме волочения

.

Длина участка набора грунта

.

Выбираем скорости движения на участках: набора грунта =3,7 км/ч, транспортирования =4,4 км/ч, движения задним ходом =4,96 км/ч. Продолжительность элементов цикла , где l – длина участка;

– скорость движения машины.

Продолжительность набора грунта

.

Продолжительность транспортирования грунта

.

Продолжительность движения задним ходом

.

Дополнительное время на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t₄ = 30 с. Продолжительность цикла

.

Число циклов за один час работы

цикла.

Коэффициент, учитывающий потери грунта,

.

Производительность бульдозера по формуле (1.1)

.

Пример 1.2. Определить сменную производительность рыхлителя, подготавливающего грунт для дальнейшей его разработки бульдозером, и время работы бульдозера. Разрабатываемый грунт – глинистые сланцы. Число слоев рыхления , число проходов по одному резу . Базовая машина – трактор Т-100М, число рыхлительных зубьев =3, глубина рыхления =300 мм. Толщина разрабатываемого слоя h=1 м. Форма участка – квадрат. Дальность транспортирования грунта бульдозером L – длина стороны участка. Длина пути набора грунта бульдозером = 12 м. Размеры отвала =3,97 м, h =1 м.

Решение. Скорость трактора =2,36 км/ч. Ширина полосы рыхления ,для сланцев м.

Производительность рыхления по формуле (1.8)

Скорость бульдозера V=2,36 км/ч =0,66 м/с.

Время набора грунта бульдозером

.

Сменная производительность рыхлителя при коэффициенте использования машины в течение смены .

.

При толщине разрабатываемого слоя грунта H=1 м, площадь разрабатываемого участка

.

Длина стороны участка .

Время перемещения грунта на второй скорости трактора

.

Время возвращения бульдозера задним ходом

.

Дополнительные затраты времени .

Продолжительность цикла

.

Число циклов за один час работы

.

Коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании,

.

Производительность бульдозера

.

Для перемещения разрыхленного грунта потребуется

.

Скреперы

Скреперы – самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта (рис.1.2).

Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций (рис.1.3). Ковш опускается на грунт, врезается в него под действием силы трактора (тягача) или собственного двигателя и снимает слой грунта (I). Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение (II) и перемещается к месту выгрузки, которая осуществляется также на ходу путем выталкивания грунта подвижной задней стенкой ковша или путем наклона его днища, а в некоторых моделях – опрокидыванием ковша (III).

Производительность скреперов (м³/ч) определяют по формуле

, (1.9)

где – число циклов за 1 ч работы;

– коэффициент наполнения ковша грунтом ( =0,8– 1,2);

– коэффициент разрыхления грунта ( =1,1 –1,3);

– продолжительность цикла, с;

, (1.10)

где – соответственно время набора грунта, груженого хода, разгрузки, холостого хода, с;

– продолжительность поворота, переключения передач скоростей и другие затраты времени.

е

д

г

в

б

а

Рис. 1.2. Общий вид самоходного скрепера:

а – самоходный скрепер;

б, в, г, д – схемы соединения с тягачом;

е – скрепер с принудительной загрузкой ковша

скребковым элеватором

Рис.1.3. Цикл работы скрепера

Продолжительность каждого элемента цикла

, (1.11)

где – длина соответствующего участка, м;

– скорость движения скрепера на этом участке, м/с.

Длина участка набора грунта

,(1.12)

где – геометрическая вместимость ковша скрепера, м³;

– ширина срезаемой полосы, м;

с – толщина срезаемого слоя грунта, м.

Набор грунта скрепером производится на участках длиной 12–30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5–15 м. Скорость движения скрепера зависит от возникающих сопротивлений грунтов и мощности трактора.

Наибольшее усилие, потребное для перемещения скрепера, возникает во время набора грунта. Это усилие определяется по формуле

, (1.13)

где – сопротивление грунта резанию;

, (1.14)

где – удельное сопротивление грунта резанию (принимать значения к свыше 0,1–0,12 МПа не рекомендуется, более плотные грунты следует предварительно рыхлить);

– сопротивление движению призмы волочения впереди скрепера;

, (1.15)

где – отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше (у=0,5–0,7, причем большие значения для сыпучих грунтов);

– объемная масса грунта, кг/м³;

– высота слоя грунта в ковше, м (табл. 1.4);

– коэффициент трения грунта по грунту ( = 0,3–0,5, причем большие значения для песчаных грунтов);

– уклон местности;

– сопротивление от веса срезаемого слоя, движущегося в ковше;

;(1.16)

Таблица 1.4

Высота слоя грунта в ковше

– сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше

, (1.17)

где х – коэффициент, учитывающий влияние рода грунта (х=0,24–0,31 – глина; х=0,37– 0,44 – суглинок; х=0,46–0,5 – песок);

– сопротивление движению скрепера

, (1.18)

где – вес скрепера;

– вес грунта в ковше;

– удельное сопротивление колес скрепера качению ( =0,15–0,2 – для плотных грунтов; =0,25–0,3 – для сыпучих песков).

Пример 1.3.Определить производительность скрепера прицепного к трактору Т-130. Геометрический объем ковша =7 м³, вместимость ковша с «шапкой» =9 м³. Дальность транспортирования =400 м. Ширина ковша =2,65 м, грунт разрабатывается под уклон =0,03. Разрабатываемый грунт – суглинок, =1400 кг/м³, =0,06 МПа. Масса скрепера т_с =7т. Толщина срезаемого слоя с=0,1 м.

Решение.Сила тяги по сцеплению при движении по плотному грунту

Сопротивление грунта резанию при толщине срезаемого слоя с=0,1 м

Сопротивление движению призмы волочения

.

Сопротивление передвижению слоя грунта в ковше

.

Сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше

.

Вес скрепера

.

Вес грунта в ковше скрепера

.

Сопротивление движению скрепера

.

Суммарное сопротивление при наборе грунта

.

Тяговое усилие трактора Т-130 при скорости V = 3,7 км/ч = 1,05 м/с.

.

Условие движения без буксования

> > .

При невыполнении требования условия движения необходимо изменение толщины срезаемого слоя грунта и скорости движения при применении толкача при наборе грунта.

Уточнение скоростей движения скрепера на отдельных участках, км/ч: набор грунта = 3,7; груженый ход = 7,44; разгрузка ковша = 4,4; холостой ход = 8,87.

В начале набора грунта толщина срезаемого слоя может достигать 300 мм, что позволяет принять среднее значение толщины срезаемого слоя грунта С = 200 мм.

Длина участка набора грунта

.

Длина участка разгрузки ковша

.

Время набора грунта

.

Время груженого хода

.

Время разгрузки ковша

.

Время холостого хода

.

Дополнительное время, затрачиваемое на развороты и на переключение скоростей, .

Продолжительность цикла

Число циклов за 1 ч работы

.

Производительность скрепера

.