Разработка бульдозерного оборудования повышенной накопительной способности. Бульдозер ДЗ-35 на базе трактора 15 тягового класса – Т-180

Основными геометрическими  характеристиками, определяющими параметры  грунтовой прорези являются: угол наклона боковых расширяющихся  частей прорези – φ, коэффициент, характеризующий отношения глубин прорези и ее боковых расширений – к_бок и площадь поперечного сечения прорези:

 F_пр= b h F_бок.,                                                                  (1.12)

где F_бок. – площадь боковых частей поперечного сечения прорези:

F_бок.= к²_бок ctg φ h².                                                         (1.13)

Также на физику процесса отделения стружки грунта от массива  и периодичность сколов зависит  от воздействия на отделяемый грунт  ядра уплотнения, поясняющееся тем, что  при внедрении режущего элемента в массив грунта на лобовой поверхности происходит формирование ограниченной области, отличающейся от основного массива повышенной плотностью. А создание в грунтовом массиве наклонного забоя, образуемого после первого цикла отделения стружки не обеспечивает синхронного контакта всей площади режущего элемента с грунтом. Так в нижней части возникают контактные процессы, способствующие образованию ядра уплотнения, которое влияет на массив и приводит к отрыву грунта до того как верхняя часть достигнет забоя. Причем высота основания ядра уплотнения h_Я, влияющая на объем отделяемой стружки грунта, и имеет пропорциональное соотношение с высотой контакта h_КОНТ которая составляет 50…60% h_КОНТ.

Рис. 1.4 Формирование в грунтовом массиве уплотненного ядра:

а – процесс формирование ядра;б – момент критического напряжения ядра на

массив (период скола  грунта).

Сопротивление массива  грунта уплотненному ядру, также можно  описать математически:

Р= ,                                (1.14)

где s_i и t_i – соответственно нормальные и касательные напряжения на i-той поверхности ядра;

Fⁱ_я – площадь i-той поверхности ядра;

β_i – угол наклона i-той поверхности к оси х;

n – количество поверхностей ядра уплотнения.

Исследуя   процесс  формирования    ядра    уплотнения,   просматривается однозначная зависимость площади поверхностей ядра от угла резания. Так площади поверхностей ядра возрастают с увеличением угла резания, причем соотношения площадей нижней и верхней поверхностей также изменяются: при α→mах - .

Проанализировав процесс разработки грунта можно сделать следующие выводы:

- при блокированном  и полусвободном резании в  грунтовом массиве образуется  прорезь, геометрические параметры  которой напоминают фигуру –  трапецию;

Рис. 1.5. Схемы формирования напряженно - деформационного состояния грунта: а – α ‹ 45º;б – α ≈ 45º;в – α › 45º.

- форма прорези и  анализ поверхности свидетельствует  о неодинаковом 

разрушении грунта в  нижней и верхней ее частях;

- рост боковых расширений  прорези, до определенных значений  зависит от

глубины резания и  ширины среза;

- сила Р_бок затрачиваемая на разрушения грунта в боковых расширениях прорези пропорциональна площади их поперечного сечения и зависит от сопротивления отрыва и сдвига, а сила бокового среза Р_{бок ср} пропорциональна глубине резания и зависит от сопротивления срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези;

- в зоне контакта  режущего элемента с массивом  грунта образуется уплотненное  ядро, передающее через свои поверхности  внешнюю нагрузку на массив  грунта;

- объем уплотненного ядра растет пропорционально увеличению контактной поверхности режущего элемента, а значит и глубине внедрения в массив грунта, что способствует увеличению сопротивления внедрению.

На основании выше изложенного анализа можно заключить, что придание ножевой системе РО трапециевидной формы способно максимально воздействовать на разрушаемый грунт с минимальными силовыми затратами, а также производить полную выемку грунта из разработанного массива.

Рассмотренная в теоретическом  анализе схема прорези, которая раскрывает физику процесса копания грунта прямоугольным ножом, послужила аналогом к предложенным схемам прорезей, в основе которых лежит нож трапециевидной формы с разными параметрами образования трапеции.

Анализируя предложенные схемы можно сделать выводы: на схеме с ножом формой Н_НТ/Н=1 были ликвидированы зоны Р_{бок ср} и Р_бок образуемые в процессе копания прямоугольным режущим элементом при боковом срезе и разрушении грунта в боковых расширениях прорези так как они (в данном случае) не точно описывали процесс, однако внедрено понятие «зона трапециевидного среза» Р_ТР.СР. В данном случае суммарная сила резания примет вид:

Р(b, h, δ) = γ m_св (b₁+ h_пол ctgφ₁) h_пол+2 m_ТР.СР h.                           (1.15)

Рис. 1.6. Схема грунтовой прорези, зоны действия составляющих сил резания при копании ножом трапециевидной формы: 1 – ножом формы                Н_НТ/Н = 1; 2 – ножом формы Н_НТ/Н = 0,5; 3 – ножом формы Н_НТ/Н =0,3.

В двух других предложенных схематических решения (Н_НТ/Н=0,3…0,5) в отличии от Н_НТ/Н=1, зоны действия сил Р_бок (0-1-2 и 7-8-9) и Р_{бок ср}. (2-3 и 77  6-7) существуют, но они смещены вверх от основания ножа b₁, что придает характеризующей процесс формуле следующий вид:

Р(b, h, δ) =(γ m_св ((b₁+ (h_пол -h')ctgφ₁) (h_пол -h')+ b₂ h'))+ 2 m_ТР.СР (h_пол-h')+

+2P_бок ctgφ₁ h'²+ 2P_{бок. ср.} h'.                                (1.16)

Анализ предложенных схематических описаний влияния  формы ножа на процесс разработки грунта является актуальной задачей, так  как способствует определению наиболее эффективных параметров и форм ножа, способного разрабатывать грунт с минимальным усилием за счет результативной траектории воздействия на грунт.

1.6 Цель и задачи

Целью работы является определение  рациональных параметров РО бульдозера и разработка новой конструкции отвала, с ограничивающими элементами.

Данная модернизация позволяет накапливать максимально возможную призму волочения и практически онулировать потери грунта в боковые валики, что приводит к увеличению производительности традиционной техники содержащей боковые ограничивающие элементы.

Задачи, которые необходимо решить для достижения данной цели:

• просмотреть научные исследования в области модернизации рабочих органов;
• изучение среды взаимодействия;
• произвести анализ существующих конструкций отвалов;
• определения влияния параметров отвала на процесс разработки грунта;
• обоснование принятых параметров отвала;
• определение расположения и крепления гидроцилиндров.