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

2. Расчет и разработка навесного оборудования повышенной накопительной способности.

Бульдозерное оборудование навешивается на тягач (Т-180) как комплект спаренного оборудования, в состав которого входит: отвал, боковые стенки, брусья, гидроцилиндры управления (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Бульдозер повышенной накопительной способности.

2.1 Определение главного параметра бульдозера и рациональных размеров отвала.

Главный параметр бульдозера - номинальное тяговое усилие, под  которым понимают усилие, развиваемое  базовым трактором на плотном грунте с учетом догрузки от веса навесного оборудования при коэффициенте буксования не выше 7% для гусеничных машин на низшей рабочей скорости определяется зависимостью:

,                                                        (2.1)

где - оптимальный коэффициент использования веса базовой машины с оборудованием по сцеплению, соответствующий допустимому буксованию

движителей.

Коэффициент  для гусеничных промышленных тракторов – 0,90;

- сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии.

Т_нб=209,9×0,9=189 кН

Для гусеничных тракторов:

G_бм;                                                (2.2)

=1,2×17,85×9,8=209,9 кН

где G_бм – вес базовой машины, кН.   m_бм  =17,85(т)

Длину неповоротного  отвала L выбираем из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы не менее 50 мм с каждой стороны.  L=3920 мм.

Высоту  отвала определяем в зависимости от номинального тягового усилия бульдозера при скорости, подходящей для бульдозерных работ, параметров отвальной поверхности и грунтовых условий.

, мм     (2.3)

Учитывая рассчитанную высоту и обеспечения хорошего обзора из кабины трактора примем высоту отвала от бокового ножа до козырька Н₁=1400 мм.

Профиль отвала

Отвалы бульдозера оснащаются козырьком, высота которого составляет (0,1…0,25)Н. Козырек при основном положении отвала устанавливается вертикально. Общая высота отвала с козырьком должна быть такой, чтобы в транспортном положении обеспечивались видимость пространства перед бульдозером и требуемый угол въезда. Высоту козырька отвала принимаем равной 0,2 м.

Параметры профиля отвала задаются углами резания  , опрокидывания .

Экспериментально доказана целесообразность создания отвалов с постоянным радиусом кривизны, который выбирается в диапазоне                               R = (0,8…0,9) Н.

R = 0,85×1500=1190мм

1200мм.

Параметры модернизированного отвала:

Ширина отвала, мм………………………………………..3920

Наибольшая  высота, мм………………………..…………1400

Радиус  кривизны лобовой поверхности, мм…..…………1200

Угол  установки в плане отвала, град……………………….75

Угол  резания, град…………………………………………...55

Масса отвала, т…………………………………………………2

Рис 2.2. Модернизированная конструкция отвала.

2.2. Общий расчет бульдозера

2.2.1. Тяговый расчет бульдозера.

Перед началом расчета  оговорим следующее условие: т.к. углы резания и величины ножевой системы  различны, но эффективность от их применения выше, чем при традиционной ножевой  системе тогда расчет будем производить, ссылаясь на традиционные параметры ножевой системы, чтоб задать определенный запас модернизированной конструкции.

Тяговый расчет бульдозера позволяет  оценить возможности тягача при  транспортировании грунта с подрезанием стружки, определить подъем, который может преодолевать машина с максимальной призмой волочения.

Условие движения бульдозера без буксования:

;                                                       (2.4)

 где  - сила тяги по сцеплению, кН;

- тяговое усилие, развиваемое  трактором, кН;

- сумма сопротивлений передвижению, кН.

,                                                     (2.5)

 где  N – эффективная мощность двигателя, кВт; N=128,8 (кВт)

h = 0,8- КПД машины;

v  - скорость машины на первой или второй передачах,  км/ч,  V=2,86 (км/ч)

(кН)

Сумма сопротивлений, возникающих  в случае лобового резания и транспортирования  грунта отвалом бульдозера,:

å ,                                            (2.6)

где Р₁ - сопротивление движению бульдозера, кН;

Р₂ - сопротивление грунта резанию, кН;

Р₃ - сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала, кН;

Р₄ - сопротивление трению грунта по отвалу, кН.

кН,                                              (2.7)

где f - коэффициент сопротивления движению трактора по грунту для гусеничного движителя 0,1…0,12;

-расчетный угол подъема . (Знак "+" принимается при работе на подъем.)

; кН                                                      (2.8)

     

где L=3,92 (м) длина отвала;

h- глубина резания, принимается 0,1…0,4 м;

- удельное сопротивление грунта резанию, кПа.

Для группы грунтов (гравий) = 70;

кН                                                (2.9)

              

(кН)

где Н- высота отвала, м;

r - плотность грунта, т/м³  (для гравия – 1,4…1,9);

  - коэффициент трения грунта по грунту (для гравия – 0,7…0,84);

кН                                            (2.10)

                  

кН

где - угол резания, град ( = 45… 55°);

m ₂ – коэффициент трения грунта по стали (для гравия – 0,4…0,65)

 å кН,                                            (2.11)

кН

Условие движения бульдозера без буксования ( )  выполняется.

 

2.2.2. Среднее статическое удельное давление для гусеничных базовых машин.

,                    (2.12)

где  - длина опорной поверхности гусениц с учетом полного погружения почвозацепов (рис 2.3).

- ширина гусениц.

2.2.3. Положение центра давления.

Положение центра давления, т. е. точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на движитель базовой машины, определяется по схемам на рис. 1.

Определяем положение центра давления,

,                              (2.13)

где  - вертикальная составляющая результирующей силы сопротивления на отвал, .

- горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивления на отвал, .

 - высота точки приложения результирующей сил сопротивления на отвале, при копании плотного грунта равна , .

 - угол наклона результирующей силы сопротивления на отвал (рис. 3), при копании плотного грунта.

- расстояние действия вертикальную составляющую результирующей силы сопротивления на отвал, (рис. 2.4).

Рис. 2.3. Положение центра давления в случае, когда бульдозер движется по горизонтальной поверхности с максимально возможным объемом призмы волочения при одновременном резании грунта с оптимальной глубиной резания;

Высота точки приложения результирующей сил сопротивления на отвале,

                           (2.14)

Горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивления на отвал,

                            (2.15)

где - коэффициент трения грунта по стали, (для глины, 0,1…0,4).

Определяем координату смещения центра давления от середины опорной поверхности гусениц,

                                          (2.16)

Рассчитываем вертикальную составляющую результирующей силы сопротивления на отвал,

                           (2.17)

Определяем значение центра давления от середины опорной поверхности гусениц,

               (2.18)

После определения всех значений формулы (4.1), тогда вычисляем центр тяжести бульдозера,

Рис. 2.4. Схема сил действующих на бульдозер, при определении центра давления.

По координате для гусеничных машин находят смещение центра давления от середины опорной поверхности гусениц, которое для всех расчетных случаев не должно превышать , т.е. длины этой поверхности .

Кроме рассмотренных  основных случаев для бульдозеров  с номинальным тяговым усилием выше , рекомендуется проверять положение центра давления и определять удельные нагрузки на передней и задней опорных кромках гусениц или переднем и заднем колесах для следующих случаев:

а) бульдозер с поднятым отвалом стоит на предельном для  данной базовой машины уклоне или  подъеме (но не менее );

б) бульдозер движется под наибольший допустимый уклон (но не менее  ) с максимально возможным объемом призмы волочения при одновременном резании грунта;

в) бульдозер движется в траншее  на максимально допустимый подъем (но не менее ) без срезания грунта, но с максимально возможным объемом призмы волочения;

г) бульдозер движется по горизонтальной поверхности с максимально возможным объемом призмы волочения при одновременном резании грунта выглубляемым отвалом;

д) то же, но с заглубляемым отвалом.

Следует принимать: горизонтальную составляющую результирующей сил сопротивления на отвале равной , а вертикальное усилие выглубления или заглубления - максимально возможного из условия опрокидывания бульдозера. Точку приложения этих усилий принимать в соответствии с рисунками.

2.2.3. Определения удельные усилия на режущей кромке.

Удельное напорное усилие на режущей кромке,

,                                      (2.19)

Напорное усилие соответствует III группе грунтов .

где - длина отвала принята исходя из параметров прототипа базовой машины.

Наибольшее возможное вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала из условия опрокидывания базовой машины,

,                               (2.20)

где , , - расстояния.

Рис. 2.5. Схема расстояний центра тяжести бульдозера.

Рис. 2.6. Нож отвала бульдозера - задний  угол   при основной установке отвала, - угол резания.

 

Удельное вертикальное давление на режущей кромке, изношенных (сечение І-І) и неизношенных (сечение ІІ-ІІ) ножей,

,                           (2.21)

Т.к. , тогда принимаем .

2.2.4. Выбор геометрических параметров конструктивной схемы бульдозера и определение центра тяжести бульдозера.

Основными геометрическими конструктивными  параметрами бульдозера являются:

• расстояние   от    центра    задней    звездочки   ходового       механизма =1100(мм) и от опорной поверхности =420(мм) до точки закрепления толкающих брусьев на тракторе ;
• длина толкающих брусьев =4200(мм);

-  координата точки  закрепления гидроцилиндров подъема  и опускания рабочего органа на тракторе и расстояние между точками закрепления гидроцилиндров и толкающих брусьев .

Значения  , , , можно определить исходя из конструктивных соображений воспользовавшись конструкторской документацией прототипов.

Значение координаты закрепления гидроцилиндров подъема  и опускания отвала определяем исходя из хода поршня.

Высоту  подъема отвала рекомендуется выбирать из расчета достижения угла въезда не менее 20-30° для бульдозеров с неповоротными отвалами.

Величину  опускания отвалов ниже опорной поверхности базовой машины следует выбирать с учетом максимальной глубины копания определяемой по формуле:

                                         (2.22)

 где   - коэффициент,   учитывающий   влияние   угла      резания    на удельное сопротивление грунта копанию ;

= коэффициент сопротивления движению;

  -расчетный угол подъема .

            

(м)

Координаты  положения места закрепления  гидроцилиндров подъема, опускания отвала определяют учитывая угол поворота толкающих брусьев в вертикальной плоскости определяющий ход исполнительного механизма.

При определении координаты положения места закрепления гидроцилиндров графо-аналитическим способом, схематично в масштабе, вычерчивают базовую машину и отвал с толкающими   брусьями    принятой длины.

Рис. 2.7 Схема к определению координаты положения места закрепления гидроцилиндров подъема, опускания рабочего органа.

 

Вначале выполняют вспомогательные  построения. Радиусом определяющим расстояние от точки закрепления толкающего бруса на базовой машине 8 до точки  режущей кромки отвала 3, 5 проводят вспомогательную дугу 3-5. Затем из точки 1 проводят прямую 1-2.   Точки пересечения 3 и 5 определяют верхнее и нижнее положение режущей кромки отвала. Точку 3 можно получить отложив по вертикали максимальную глубину копания .