Определение расчетной траектории движенияземлеройно-транспортных машин

Траектория движения бульдозера и скреперов зависит от расстояния перемещения грунта, характеров и взаимного расположения выемки и насыпи.

Бульдозерможет иметь две разновидности траектории движения: без поворотов и с поворотами (рисунок 2.15, а и 2.15 б). При наличии поворотов, движение бульдозера в порожнем направлении осуществляется также отвалом вперед. В этом случае создаются лучшие условия для работы машиниста и механизмов, скорости движения будут выше. Обычно движение с поворотами начинают применять при расстоянии перемещения грунта 50 м и более.

Скреперимеет три разновидности траектории движения: по эллипсу (рисунок 2.15,б ), по двухсторонней петле (рисунок 2.15, в)и челночную (рисунок 2.15, г ). Чаще всего применяется траектория движения по эллипсу. Движение по двухсторонней петле целесообразно в случае устройства специальных путей (например, в слабонесущих грунтах) для перемещения скрепера в груженом и порожнем направлениях, по челночной – при наличии чередующихся насыпей и выемок. Для работы по челночной схеме достаточно двух выемок и одной насыпи (например, на рисунке 2.15, г) или двух насыпей и одной выемки посередине. В этом случае скрепер проходит лежащую посередине насыпь (выемку) без разворота, а один цикл его работы включает два или более процесса погрузки и разгрузки.

Во всех случаях работы бульдозера и скрепера набор и разгрузка грунта осуществляются на прямолинейном участке, а все повороты производятся при незагруженной грунтом машине.

Длина отдельных элементов траектории движения бульдозера или скрепера зависит от среднего расстояния транспортирования грунта.

Длина груженого l_г.х. и порожнего l_п.х хода(смотрите рисунок 2.15):

(2.17)

(2.18)

где l_ср – среднее расстояние транспортирования грунта (может быть принято в расчетах равным определенному ранее средневзвешенному расстоянию);

l_н, l_р – длина пути и разгрузки грунта, м.

Рисунок 2.15 – Траектории движения землеройно – транспортных машин при планировке площадки: В, Н – соответственно выемка и насыпь; l – линия нулевых работ; l_ср. – среднее расстояние транспортирования грунта; l_н, l_р – длина пути набора и разгрузки грунта; l_г.х., l_п.х. – длина груженого и порожнего хода

Для бульдозера

; (2.19)

; (2.20)

Для скрепера

; (2.21)

; (2.22)

где h_от – высота отвала бульдозера, м (берется из технических характеристик машин);

h_с – толщина стружки грунта ( глубина резания ), м, (для бульдозера и скрепера ориентировочно берется по приложениям, затем при производстве тяговых расчетов уточняется)

h_р – толщина слоя разгружаемого грунта, м; для бульдозера выбирается самостоятельно (рекомендуется в пределах 0,2 – 0,5), для скрепера – 1,5h_с;

ξ – коэффициент потерь грунта при перемещении бульдозером,

; (2.23)

К_пр – коэффициент, принимаемый равным для связных грунтов 0,75 – 0,85,

для несвязных – 1,15 – 1,5;

q – паспортная вместимость ковша скрепера, м ;

К_н – коэффициент наполнения ковша скрепера грунтом (зависит от вида грунта и условия работы скрепера, может быть взят по данным приложения 3, таблицы 3.1 и 3.2 ).

В случае работы скрепера в наклонном забое значение коэффициента К_н увеличивается в соответствии с таблицей 3.2;

К_п – коэффициент, учитывающий потери при образовании призмы волочения (применяется равным 1,2 – 1,5, последняя цифра для тягучих грунтов );

l_c – длина тягача со скрепом, м;

К_р – коэффициент первоначального разрыхления грунтов,

; (2.24)

где n – первоначальное разрыхление грунта, % (берется по данным приложения 4);

0,7 – коэффициент, учитывающий неравномерную толщину стружки грунта при наборе его скрепером;

b – ширина ковша скрепера ( в м ) берется из технических характеристик машин .

Применительно к рассматриваемому нами примеру принята траектория движения бульдозера ДЗ – 29 по схеме рисунка 2.15, а (без поворота), а траектория движения скрепера ДЗ – 12 – по схеме рисунка 2.15,б (по эллипсу).

Основные характеристики элементов траектории бульдозера ДЗ – 29:

h_от – 0,8 м (из характеристики бульдозера);

h_оq – 0,12 м (из приложения 5 суглинков и трактора мощностью 55 л.с), значение n = 20% взято из приложения 4 для легких суглинков,

;

h_р принято равным 0,3 м, К_пр = 0,8.

Следовательно ,

Основные характеристики элементов траектории скрепера ДЗ – 12: q=6м кубических; b=2,67 м; l_с=12,9 м ( из характеристики скрепера ); работа скрепера принята по наклонному забою с уклоном в 8%. В этом случае для легких суглинков: (по приложению 3);

h_с=0,12 м; К_р=1,2; К_п принят равным 1,3; h_р приято равным м. Окончательно получаем:

;

;

;

;

2.4.3 Определение количества ведущих машин для земляных работ по планировке площадки

Вначале определяется эксплуатационная производительность выбранных ранее землеройных и землеройно-транспортных машин, а затем необходимое их количество.

Сменная эксплуатационная производительность, м³/смену, рассчитывается по формуле

П_с=8∙П_ч, (2.25)

где 8 – продолжительность рабочей смены, ч;

П_ч – часовая эксплуатационная производительность машины, м³/ч.

Для скрепера и экскаватора

; (2.26)

Для бульдозера

, (2.27)

где Т_ц – продолжительность цикла машины, с;

q – количество грунта в плотном теле, перемещаемое машиной к месту разгрузки за один цикл, м³ . для скрепера и экскаватора q берется по паспортной характеристике машины, для бульдозера находится по формуле

; (2.28 )

Значение составляющих формулы (2.28) приведены ранее;

К_р – коэффициент использования рабочего времени машины (принимается: для скрепера – 0,8; для бульдозеров на тракторе мощностью до 180 л.с. – 0,8; на тракторе большей мощностью – 0,75; для экскаватора – по данным таблицы 6.2 приложения 6 ).

Продолжительность цикла машины :

Для скрепера

(2.29)

Для бульдозера

(2.30)

где l_н, l_г.x., l_p, l_п.х. – длина пути соответственно набора, груженого хода, разгрузки грунта и порожнего хода землеройно – транспортной машины, м; для бульдозера, при отсутствии особых требований к плотности отсыпаемого грунта, принимается l_р=0;

v_н, v_г.х., v_р, v_n.x. – скорость передвижения землеройно – транспортной машины, м/с, соответственно при наборе, груженом ходе, разгрузке и порожнем ходе (принимается на основании тяговых расчетов);

t_н – время на переключение передач (принимается для скрепера 6 с, для бульдозера 4-5 с);

t_пов – время на один поворот (принимается для скрепера 15-20 с, для бульдозера, в случае работы с поворотами, 5-8 с);

t₀ – время на опускание отвала (принимается 1-2 с).

Для экскаватора значение Т_ц берется из паспортной характеристики машины или по данным приложения 7.

При определении производительности экскаваторов, оборудованного сменными ковшами, значение q уточняется с учетом вида грунта и условий работы машины.

В соответствии с рассматриваемым примером приняты следующие условия работы строительных машин.

1 скреперные работы: ДЗ-12 q=6м³ ; К_н=1,2; К_р=1,2; l_г.x.=123 м; l_р=28 м; l_п.х.=199 м; v_н=0,525 м/с; v_г.x.=V_р=1,145 м/с;v_п.х.=1,48 м/с; К_в=0,8; t_п=6 с; t_пов принято равным 15 с.

2 бульдозерные работы : марка бульдозера ДЗ-29 на тракторе Т-74; схема движения бульдозера – без поворотов; принято, что толщина слоя разгрузки грунта не лолжна превышать 0,3 м; h_oт=0,8; К_р=1,2; ξ=0,8; К_пр=0,8; l_н=6 м²; l_р=1 м; l_г.x.=37 м; l_п.х.=41 м; b=2,5 м; v_н=0,996 м/с; v_г.х.=v_p=1,51 м/с; v_п.х.=1,51 м/с; К_в=0,8; t_пов=0; t_п=4 с; t₀=1с.

3 экскаваторные работы: экскаватор одноковшовый марки ЭО-255 с рабочим оборудованием прямой лопаты; q = 0,25 м³ ; грунт – легкий суглинок, относится к первой группе при разработке одноковшовым экскаватором.

По известным объемам V, срокам производства земляных работ на строительной площадке Т, а также сменой производительности П_с и сменности К землеройно-транспортных машин определяется их необходимое количество в комплекте N по формуле

(2.31)

После округления количества машин до целых значений уточняется срок производства земляных работ решением формул ( 2.44, 2.45) относительно Т.

В соответствии с рассматриваемым примером имеем:

скреперные работы

V=12277 м³ , К=2 смены, П_с=350 м³/смену;

бульдозерные работы

V=1185 м³, К=2 смены, П_с=205 м³/смену;

экскаваторные работы

V=13546 м³, К=2 смены, П_с=181 м³/смену.

Если срок производства земляных работ Т задан 10 рабочими сутками и допускается одновременная работа всех машин, то необходимое их количество в комплектах составит:

скреперный комплект

машины

бульдозерный комплект

машина

экскаваторный комплект

машины

Полученное количество экскаваторов при планировке площадок не применяется, обычно ограничиваются одной - двумя машинами, поэтому и в нашем примере следовало остановиться на более производительной машине, например, принимаемой ранее ЭО-656. В этом случае

П_с=536 м³/смену,

N=2 машины.

Уточненный срок производства работ комплектами механизмов составит:

скреперный комплект

рабочих суток

бульдозерный комплект

рабочих суток

экскаваторный комплект

рабочих суток

2.4.4 Определение количества вспомогательных машин и состав бригад для земляных работ по планировке площадки

( 2.32 )

где v_р – расчетная скорость движения рыхлителя, км/ч ( vр ~ 0,8 v1 );

v₁ – скорость тягача рыхлителя на первой передаче;

b – ширина захвата рыхлителя, м;

h_р – расчетная глубина рыхления, м (принимается равной 0,6 – 0,8 от максимального заглубления зубьев рыхлителя и увязывается с толщиной стружки грунта, снимаемого скрепером);

К_в – коэффициент, использования рабочего времени рыхлителя;

К₁ – коэффициент, учитывающий характер проходов (равен 1 при параллельных срезах или 2 – при перекрестных);

К₂ – число проходов по одному и тому же резу (принимается равным 1 - 2).

Необходимые данные по рыхлителям могут быть взяты из приложения 5. В качестве толкача обычно используется бульдозер.

Количество скреперов N, обслуживаемых одним толкачом, определяется по формуле

( 2.33 )

где Т_ц и t_ц – продолжительность цикла соответственно скрепера и толкача, с;

(2.34)

где v_0х – скорость обратного хода толкача, м/с (равна максимальной задней скорости трактора);

t_м – время, затрачиваемое толкачом на маневры и ожидание скрепера (равно 15-25 с).

При разработке грунтов экскаватором в состав комплекта вводятся транспортные машины, чаще всего самосвалы.

В курсовой работе необходимо установить грузоподъемность, тип и количество автосамосвалов.

Грузоподъемность автосамосвала, т, определяется из условия вместимости его кузова не менее пяти ковшей экскаваторов при их вместимости и не менее трех ковшей – при их вместимости более 0,5 м³.

В этом случае требуемая грузоподъемность автосамосвала

(2.35)

где р – минимальное количество ковшей, вмещаемых в кузов самосвала;

γ₀ – объемная масса грунта, т/м³.

Другие обозначения проводились ранее.

Получив значение Q, по справочникам выбирают тип автосамосвала, имеющий грузоподъемность не менее расчетной.

Необходимое количество автосамосвалов, N для работы в комплекте с одним экскаватором определяется из условия непрерывной погрузки грунта по формуле:

(2.36)

где Т_ц.т – продолжительность цикла работы ( мин) транспортной единицы

(2.37)

где t_у.п, t_у.р – соответственно расчетная продолжительность установки самосвала под погрузку и разгрузку, мин;

t_п – продолжительность погрузки, мин;

l – среднее расстояние транспортирования грунта, км;

v – средняя расчетная скорость движения автосамосвала, км/ч (в груженом и порожнем направлениях);

t_р – расчетная продолжительность разгрузки автосамосвала ,мин ;

t_м.п, t_м.р – соответственно расчетная продолжительность маневров самосвала на погрузке и разгрузке, мин;

t_п.с – время на пропускание встречного автосамосвала (при одностороннем движении равно 1 мин).

Значения v, t_p, t_у.п, t_у.р, t_м.п, t_м.р приведены в приложении 6.

Продолжительность погрузки tп, мин, транспортной единицы определяется по формуле

(2.38)

где n′ - количество ковшей грунта, загружаемого в кузов транспортной единицы;

(2.39)

n – количество циклов экскаватора в 1 мин,

(2.40)

К_т – коэффициент транспорта, принимаемый равным 0,85 – 0,89 при n′ ≤ 3 и 0,87 – 0,94 при n′ > 3;

T_ц – продолжительность одного цикла экскаватора, мин.

Полученное по формуле ( 2.39) значение n′ округляется до целых единиц таким образом, чтобы перегруз автосамосвала не превысил 5%, а недогруз – 10%.

По известному комплектному составу машин на основании данных приложения К устанавливается состав бригад. Все данные по комплектам машин представляются в табличной форме.

Для рассматриваемого примера в скреперном комплекте принят навесной рыхлитель Д-Д9С ( см. приложение 5 ), а также перекрестные резы с двойным проходом рыхлителя по одному резу.

В соответствии с изложенным выше:

Часовая Пч и сменная Пс производительность рыхлителя

м³/ч

м³/смену

Занятость рыхлителя Зр определится как отношение суточной производительности скреперного комплекта к производительности рыхлителя.

При работе в две смены

При работе в одну смену

Тягачом для скрепера марки ДЗ-12 с вместимостью ковша 6 м³ может быть трактор мощностью 100 л.с (в соответствии с данными приложения И такой трактор рекомендуется как тягач для данного скрепера). Применен трактор Т-100 с бульдозерным оборудованием ДЗ-271. При расчете продолжительности цикла tц толкача по формуле (2.35) получаем: l_н=48 м; v_н=0,525 м/с; t_п – принято равным 4 с; Т_ц=394 с;

с

Количество скреперов, обслуживаемых одним толкачом,

Занятость толкача при обслуживании комплекта из двух скреперов

Если попытаться использовать один и тот же рыхлитель и как толкач, общая занятость в течение смены (даже при двухсменном рыхлении) превысит 100%, т.е. З₀=З_р+З_т=41+70=111%. Учитывая некоторые неудобства с организацией работ по одновременному рыхлению и подталкиванию скреперов, в нашем примере необходимо для этих процессов выбрать отдельные машины.

В рассматриваемом примере для принятого экскаватора ЭО-656 с вместимостью ковша 0,65 м³ требуемая минимальная грузоподъемность автосамосвала

т

где р=4, γ₀=1,6 т/м³.

Принят автосамосвал МАЗ-500 грузоподъемностью 6 т.

Для определения количества автосамосвалов N принято среднее расстояние транспортирования грунта 1,6 км, двухстороннее движение транспорта, подача автосамосвала под погрузку без осаживания назад и под разгрузку осаживанием назад.

В этом случае L=1,6 км; v=19,7 км/ч; t_у.п=0,3 мин; t_у.о=0,6 мин; t_р=1,0 мин; t_м.п=0,25 мин; t_м.р=0,8 мин; t_п.с= 0.

Количество ковшей грунта n′, загружаемого в МАЗ-500 (по формуле 2.54 )

принято 6 ковшей

а недогрузка , что допустимо

Количество циклов экскаватора в 1 мин

где 21 – продолжительность одного цикла экскаватора ЭО-656, (из приложения Л)

Приняв К_т = 0,9, определяем продолжительность погрузки автосамосвала

мин.

Следовательно, продолжительность цикла работы автосамосвала МАЗ-500 Тп и их количество N:

мин.

При расчете предполагалось, что транспортный процесс является равномерным. В действительности, как продолжительность цикла работы автомашин, так и время погрузки будут различны и иметь вероятностный характер.

Окончательный состав машин и количество людей в комплектах сводятся в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Количество машин и состав рабочих в комплектах (пример).

Основные технические характеристики транспортно-землеройных машин и области их рационального использования представлены в приложениях 7 - 8.