Расчет бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности

Более точное определение  эффективности того или другого  технического решения возможно на основе всесторонних научных исследований. Надежной методики для оценки транспортирующих свойств бульдозерных отвалов как простой, так и усовершенствованной конструкции еще не создано, поэтому исследования в этом направлении являются актуальными.

 

Таблица 1.7.1

Схемы технических решений  по улучшению транспортирующих свойств  отвалов

1		5
2		6
3		7
4		8

 

Снижение усилия и энергоемкости  процесса копания грунта. Значительное количество научных исследований и  технических предложений посвящено  совершенствованию формы и геометрических параметров бульдозерных отвалов в  целях снижения усилия и энергоемкости  процесса копания грунта. Известно, что процесс копания отвальными рабочими органами сопровождается интенсивным  вертикальным перемещением грунта по лобовой поверхности. Задача снижения сопротивления трения срезанного пласта грунта по лобовой поверхности отвала решается путем совершенствования формы лобовой части отвалов.

Наибольшее распространение  получили цилиндрические отвалы с постоянным (табл. 1.7.2, поз. 1) и переменными радиусами кривизны (табл. 1.7.2, поз. 2, 3), а наибольшее практическое применение нашли отвалы с постоянным радиусом кривизны как более технологичные и простые по конструкции, эффективно работающие в различных грунтовых условиях. Отвалы с увеличенной кривизной верхней части (см. табл. 1.7.2, поз. 2) предназначены для копания крепких и связных грунтов, а отвалы с увеличенной кривизной нижней части (см. табл. 1.7.2, поз. 3) - для копания сыпучих и слабо связных грунтов.

На машинах, где бульдозерное оборудование является вспомогательным (например, на экскаваторах), используют отвалы, лобовая часть которых  представляет собой ломаную поверхность (табл. 1.7.2, поз. 4). Такие отвалы предназначены для увеличения опорного контура землеройных машин и ведения планировочных операций небольшого объема.

Более интересным, с точки  зрения снижения сопротивления перемещению  вырезанного пласта грунта по лобовой  поверхности, является отвал с адаптивной лобовой частью (табл. 1.7.2, поз. 5). Лобовую часть этих отвалов предлагается выполнять гибкой в виде широкой ленты, смонтированной на одном или двух поворотных барабанах. Один конец ленты жестко крепится к ножевой системе отвала, а другой - с помощью пружин к навесной системе. Благодаря этому в процессе копания кривизна лобовой поверхности отвала формируется под действием давления подвижной части грунта, что позволяет значительно уменьшить   действующие   усилия.   Несмотря   на   явные   преимущества,   такая конструкция не нашла практического использования из-за сложности и большой массы.

Значительное количество научных работ и технических  предложений посвящено снижению сопротивления грунта копанию путем  совершенствования режущей кромки отвала. В частности, доказана эффективность  отвала, оснащенного средним выступающим  ножом (табл. 1.7.2, поз. 6).

Такая ножевая система  способствуют большей концентрации веса и тягового усилия бульдозера на короткой средней части ножа и  более эффективна для разработки грунтов III и IV категорий. Кроме того, ступенчатая форма лезвия ножевой  системы отвала позволяет получать оптимальную форму призмы волочения  и уменьшать потери грунта в боковые  валики.

Для снижения сопротивления  грунта резанию предложена конструкция  отвала, у которого средняя часть  ножа (или весь нож) вынесена вперед от лобовой части за границы действия призмы волочения (табл. 1.7.2, поз. 7). Лабораторные исследования показали положительные результаты, но такая конструкция ухудшает планировочные свойства отвала и требует сложных конструктивных схем для обеспечения прочности и надежности вынесенной части ножевой системы.

Значительное снижение сопротивления  грунта копанию и транспортированию  достигается отвалом ковшевого  типа (табл. 1.7.2, поз. 8). Благодаря наличию днища из баланса сил при копании и транспортировании исключается наиболее влиятельный фактор - сопротивление перемещению призмы волочения по дневной поверхности забоя. Такие отвалы сложнее и тяжелее традиционных, требуют наличия механизма разгрузки рабочего органа, а также ухудшают планировочные свойства агрегатов. Отвалы ковшевого типа применяют преимущественно на фронтальных погрузчиках.

 

Таблица 1.7.2.

Схемы   технических   решений    по    снижению   усилий   копания    и энергоемкости

1		6
2		7
3		8
4		9
5		10

 

Заслуживают внимания технические  предложения по уменьшению трения грунта на лобовой части отвала путем  газовой смазки контактной поверхности (табл. 1.7.2, поз. 9). Газостатическое смазывание позволяет на 20-30% уменьшить общее сопротивление грунта копанию и устраняет залипание лобовой части отвала. Однако необходимость источника сжатого воздуха или газа сдерживает практическое применение таких конструкций. По мере совершенствования базовых машин отвалы с газовым смазыванием будут перспективными.

Отдельного внимания заслуживают  бульдозерные отвалы, оснащенные газодинамическими  устройствами (табл. 1.7.2, поз. 10). Они эффективны для разработки тяжелых грунтов, но в связи со сложностью конструкции, большой массой и повышенной опасностью для персонала их следует отнести к специальным, потребность в которых должна определяться крайней необходимостью.

Совершенствование конструкции  отвалов в целях уменьшения усилия копания грунтов остается актуальной задачей, определяющей технический  уровень и экономическую эффективность  бульдозеров.

Расширение технологических  возможностей рабочих органов бульдозеров. В последние годы наметилась тенденция  к увеличению технических предложений  в этом направлении. Их можно разделить  на две группы: интенсификация рабочего процесса бульдозеров и расширение технологических возможностей их рабочих  органов.

К первой группе относятся  рабочие органы, конструкция которых  разрешает использовать холостой ход  машины для выполнения вспомогательных  операций, создающих более благоприятные  условия для выполнения основных работ.

Отвалы с управляемыми или откидными рыхлите л ьными зубьями, которые шарнирно крепятся на тыльной стороне рабочего органа (табл. 1.7.3, поз. 1). При заднем ходе машины они занимают вертикальное положение, разрыхляя грунт, что значительно улучшает условия копания отвалом при движении бульдозера вперед. Использование такого отвала позволяет увеличить эффективность бульдозера при разработке грунтов повышенной прочности.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.7.3.

Схемы технических решений  по расширению технологических свойств  отвалов

1		6
2		7
3		8
4		9
5		10

 

Двухсторонние отвалы (табл. 1.7.3, поз. 2), позволяющие интенсифицировать рабочий процесс за счет продолжения копания и транспортирования грунта при обратном движении машины. Такие конструкции наиболее эффективны для работы в стесненных условиях.

Ко второй группе относятся  конструкции отвалов, которые оснащены устройствами, позволяющими выполнять  работы, не присущие бульдозерам.

Отвалы, в верхней части  которых смонтировано крановое оборудование для подъема грузов на небольшую  высоту (табл. 1.7.3, поз. 3). Такое техническое решение позволяет отказаться от дополнительных грузоподъемных машин, значительно упрощая организацию и технологию строительных работ и улучшая экономические показатели строительства.

Отвалы, которые трансформируются в захватные рабочие органы (табл. 1.7.3, поз. 4). Благодаря возможности управляемого поворота верхней части отвала создаются условия для захвата различных по форме штучных грузов и перемещения их в пределах строительной площадки. Однако такие отвалы не нашли широкого применения вследствие сложности конструкции и большой массы.

Отвалы с управляемыми многоцелевыми элементами]. Так, установка в средней части отвала двух управляемых захватов (табл. 1.7.3, поз. 5) позволяет использовать рабочий орган бульдозера для перемещения в пределах строительной площадки длинномерных грузов (труб, столбов, бордюрных камней и др.); наличие захватов улучшает условия транспортирования грунта, уменьшая его потери в боковые валики. Соединение нижних частей захватов ножом (табл. 1.7.3, поз. 6) позволяет реализовать ступенчатую форму режущей системы отвала, что способствует эффективному применению их для разработки грунтов повышенной прочности.

Отвалы с захватными элементами, оснащенные ножом и разрыхляющими  зубьями (табл. 1.7.3, поз. 7), обеспечивают более широкие технологические возможности. Благодаря развитию нижней части захватов и системы их подсоединения к отвалу такие рабочие органы могут копать грунт, транспортировать длинномерные грузы, работать в режиме ступенчатой ножевой кромки и использовать задний ход агрегата для рыхления грунтов повышенной прочности.

Для выполнения бульдозерных работ, транспортирования длинномерных предметов и рыхления грунтов  при движении машины вперед может  быть использована оригинальная конструкция  отвала (табл. 1.7.3, поз. 8). Однако эта конструкция более сложная и громоздкая, чем предыдущая, что вызывает сомнение в ее эффективности.

Челюстной отвал (табл. 1.7.3, поз. 9) сочетает в себе свойства ковшевых и лобовых отвальных рабочих органов. Возможность использования челюстей для захвата различных предметов, улучшение условий копания и транспортирования грунта в боковые валики при минимальных потерях открывают широкие перспективы практического использования этих конструкций на бульдозерах различных тяговых классов.

Отвал с независимо управляемыми боковыми захватами, оснащенный в нижней части поворотными рыхлительными зубьями (табл. 1.7.3, поз. 10) с жестко закрепленными в верхней части специальными щитками. Щитки служат для надежной фиксации захваченных предметов, а при горизонтальном перемещении -для удлинения зоны действия захватов как ограничивающих элементов боковых сторон отвала. Такое решение позволяет повысить накопительные свойства отвала, уменьшить потери грунта в боковые валики, рыхлить грунт при заднем ходе машины, захватывать и перемещать длинномерные предметы, что свидетельствует о перспективности использования этой конструкции в строительстве.

Для неповоротных отвалов  наиболее перспективными являются такие  технические решения, которые наилучшим  образом удовлетворяют требованиям  минимальных затрат энергии на копание  и транспортирование грунта при  максимально возможной величине призмы волочения.

Для поворотных отвалов наиболее актуальными являются вопросы уменьшения трения и налипания грунта на лобовую  поверхность.

Ограничивающими факторами  для обоих типов отвалов являются сложность реализации, большие масса  и затраты времени на переналадку  рабочего органа. До внедрения того или иного технического решения  необходимы основательные исследования работоспособности, эффективности и надежности.

1.8. Мировые производители и марки бульдозеров

В настоящее время, лидерами на мировом рынке производства бульдозеров  являются компании Caterpillar (США), Komatsu (Япония), Liebherr (Германия), John Deere (США), Dressta и ЧЕТРА (Индия-Россия), ЧТЗ-Уралтрак (Россия).

Исходя из условий задания, выбираем по таблице 1.1 прототип машины, которая по техническим характеристикам  наиболее близка к требуемой машине. Таким является трактор типа Т-170 с мощностью двигателя 170 л.с.

 

Таблица 1.8.1 Каталог наиболее распространённых в России моделей бульдозеров.

Производитель	Модель	Мощность двиг., л.с.
Caterpillar	D7H2	218
Caterpillar	D5HLGP	142
ЧТЗ	Т-170	170
ЧТЗ	Б10М.0111-ЕН	180
Komatsu	D65P-12E	190
Komatsu	PD410Y-1	150
Shantui	SD32	280
Shantui	SD16	150
Dressta	TD-15M	190
Dressta	TD-25M	360

 

Рисунок 1.8.1. Прототип выбранной машины