УДК 624.131.53 разработка и исследование Математической

УДК 624.131.53
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ЭНЕРГОЕМКОСТИ КОПАНИЯ
ГРУНТА ОТВАЛОМ БУЛЬДОЗЕРА
Красноносов А.Ю.
Научный руководитель канд. техн. наук Мальцев В.А.
Сибирский федеральный университет
При разработке грунта различными рабочими органами землеройных машин, энергоемкость зависит от параметров рабочих органов, а также прочности разрабатываемого
грунта. Для того чтобы оценить энергоемкость копания грунта отвалом бульдозера с
изменяющимся углом резания рассмотрим следующую схему представленную на рисунке.
Рисунок – Схема отвала бульдозера
где H – высота отвала без учета высоты козырька; S – расстояние от режущей кромки
отвала, до точки соединения отвала с козырьком;  – угол резания;  1 – угол наклона
отвала;  0 – постоянный угол между касательной к режущей кромке и линией соединяющей режущую кромку ножа отвала с точкой крепления козырька.
Учитывая, что 1   0   , то величина H  S  sin( 0   )  S  sin  , из этого вид
но, что угол наклона отвала влияет на высоту отвала, а это в свою очередь, ведет к изменению объема призмы волочения грунта.
При копании грунта отвалом бульдозера возникают три основных сопротивления.
Это сопротивление резанью W р , сопротивление перемещению призмы волочения
Wпр , сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу Wв , и сопротивление трению
ножа о грунт, его принимаем равным нулю.
Эти сопротивления определяются известными зависимостями:
(1)
Wр  С  h1,35 (1  2,6  L)(1  0,01 ) ,
где С – число ударов ударника ДорНИИ; L – длина отвала, м; h – глубина резания, см;
 – угол резания, град.
Wпр  Vпр   гр  tg  ,
(2)
где Vпр 
LH 2
– объем призмы волочения ( K пр – коэффициент призмы волочения);  гр
2 K пр
объемный вес грунта, кг/м3; tg  – коэффициент трения грунта по грунту.
Wв  Vпр   гр cos2   tg ,
(3)
где tg – коэффициент трения грунта по грунту.
На основании этих сопротивлений определяем мощность бульдозера идущий на
преодоление сопротивлений копанию грунта
N
T  Vр
102 
,
(4)
где Т – суммарное сопротивление копанию на отвале бульдозера, кгс; V р – скорость движения бульдозера при копании, м/с;  – КПД.
Учитывая, что производительность бульдозера при копании грунта определяется
по формуле:
3600  Vпр  К в  К у
П
,
(5)
ТуКр
где Кв – коэффициент использования бульдозера по времени ( Кв =0,8- 0,85); К у – коэффициент учитывающий влияние уклона местности; Т у – продолжительность цикла, с; К р
– коэффициент разрыхления грунта.
Продолжительность цикла бульдозера, определим по формуле:
Тц 
lp
Vp

lтр
Vтр

l p  lтр
Vxx
 tп ,
(6)
где l p – длинна пути резания, м; V p – скорость движения бульдозера при копании, м/с;
lтр – длина транспортирования грунта, м; Vтр – скорость движения бульдозера при пере -
мещении грунта, Vтр =0,9-1,0 м/с; Vxx – скорость обратного холостого движения трактора,
Vxx =1,1- 2,2 м/с; t п – общее время, затрачиваемое на опускание отвала, переключение передач и разворот, t п =(25- 28) с.
Vпр Vпр
2Vпр
lp 


,
(7)
F
Lhср L(hmax  hmin )
где F – площадь снимаемого слоя грунта, м2; hср – средняя глубина резания грунта, м ;
hmax – глубина резания в начале копания , м ; hmin – глубина резания в конце копания
грунта при перемещении призмы волочения, м ; L – длинна отвала, м ;
Т
hmax 
,
К рез L
(8)
где К рез – удельное сопротивление грунта резанию, кгс/м2.
На основании вышеизложенного, энергоемкость копания грунта отвалом бульдозера определяется:
T Vp
E
T  V p  Tц  K p
N
102 



П 3600  Vпр  K в  K у 102   3600  Vпр  K в  K у
Tц  K р
(С  h
1,35
LH 2
LH 2
(1  2, 6  L)(1  0, 01 ) 
  гр  tg  
  гр  cos 2   tg )V p  Tц  K p
2 K пр
2 K пр
LH 2
102   3600 
 Kв  K у
2 K пр
LH 2
K пр
(9)
,
 lтр
 T

LH 2
L 
 hmin  


K пр
lтр
 K p  L
 
где Tц 
(10)


 tп
T
V
V
тр
xx
L(
)V p
K рез  hmin
Таким образом, получена математическая модель, устанавливающая взаимосвязь
основных параметров навесного рабочего оборудования бульдозера с энергоемкостью
копания грунта.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Добронравов С. С., Дронов В. Г. Строительные машины и основы автоматизации: учебник. М.: Высшая школа, 2001. – 576 с.
2. Довгяло В.А., Бочкарев Д.И. Дорожно-строительные машины. Часть I: Машины
для земляных работ: учеб. пособие. Г. Беларусь.: БелГУТ, 2010. 250 с.
3. Шестопалов К. К. Строительные и дорожные машины: учеб. пособие. М.: издво Академия, 2008. 384 с.
4. Волков С. А., Евтюков С. А. Строительные машины: учеб. пособие для вузов. С.:
изд-во ДНК, 2008.704 с.