Научная статья на тему 'Bulldozer Blander blunting and its influence on machine productivity'

Bulldozer Blander blunting and its influence on machine productivity Текст научной статьи по специальности «Автомобильный транспорт»

CC BY
43
17
Поделиться
Ключевые слова
ДЕФОРМАЦіЯ / РОБОЧИЙ ПРОЦЕС БУЛЬДОЗЕРА / ЗАТУПЛЕННЯ

Аннотация научной статьи по транспорту, автор научной работы — Demishkan V.

In the article the interaction of blunting surface with soil has been considered, the influence of cutting depth change on the way of cutting has been determined and the reduction of productivity with the growth of wear surface size has been determined.

Текст научной работы на тему «Bulldozer Blander blunting and its influence on machine productivity»

УДК 602.5/621

ЗАТУПЛЕННЯ НОЖІВ БУЛЬДОЗЕРА ТА ЙОГО ВПЛИВ НА ПРОДУКТИВНІСТЬ

В.Ф. Демішкан, професор, к.т.н., ХНАДУ

Анотація. Розглянута взаємодія площадки затуплення з ґрунтом, визначено вплив зміни глибини різання на шлях різання та зменшення продуктивності зізростанням величини площадки зносу.

Ключові слова: деформація, робочий процес бульдозера, затуплення.

Вступ

Бульдозери є найпоширенішими машинами в сучасному дорожньому будівництві, парк їх постійно розширюється й обновляється. Використання бульдозерів у дорожньому будівництві дуже високе: це розробка, переміщення й розрівнювання ґрунту, засипання траншей і виїмок, зведення насипів, розкривні роботи, зрізання чагарнику й багато чого іншого, однак у даній роботі зупинимося на основній операції - розробці ґрунту.

Аналіз публікацій

У дослідженнях міцності й деформування ґрунту для приближення аналітики й практики розрахунків необхідні залежності, що описують робочі процеси різання через доступні експлуатаційні показники, наприклад кількість ударів ударника ДорНДІ.

Розробка теорії різання й копання ґрунту ріжучими органами (РО) машин для земляних робіт (МЗР) ускладнюється специфічними особливостями ґрунту, а саме: міцності і деформаційні характеристики ґрунту змінюються в широких межах при зміні щільності й вологості ґрунту; вони змінюються в просторі й можуть бути різні не тільки в напрямку руху машини, але для землерийно-транспортних машин (ЗТМ), і по ширині РО [1].

Мета і постановка задачі

Для визначення характеристик розподілу властивостей ґрунту потрібний оперативний їхній вимір, що може бути здійснено застосуванням щільно-мірів різного виду з набором необхідних наконечників. Отримані дані дозволяють оцінити характер деформування й руйнування ґрунту, розробити розрахункові схеми, що дають можливість розрахунку опорів різанню й копанню.

Дослідження характеристик ґрунту й опорів різанню

Характеристикою, що давала б достатню інформацію про деформаційні властивості ґрунту, може бути коефіцієнт його повної деформації С. Цей коефіцієнт був запропонований О.К. Біруля [4] залежно від того, що єднає контактні напруги на межі середовище - площадка й деформацію X ущільненого середовища. Ця залежність [4] представляється у вигляді

ст = С ■ X Г

(1)

де ц - показник ступеня, що залежить у першу чергу від вологості ґрунту Ж. При цьому при Ж >Р -ц = 0, при Ж =(0,7-0,8) -Р -ц = 0,5, при

Ж = (0,4 - 0,7) - Р - ц = 1, де Р - верхня межа пластичності ґрунту, а С - коефіцієнт повної деформації, визначається, як правило, вдавленням у ґрунт плоского круглого штампа, тоді

Сі =

4 ■ Р п ■ Б2 ■ И

(2)

де Р - зусилля вдавлювання; Б й И - діаметр й осідання штампа.

Процеси взаємодії із ґрунтом штампа й наконечника ударника різні: у першому випадку - це статичний вплив на ґрунт, у другому - динамічний, ударний вплив. Тому надалі будемо говорити про С, не як про коефіцієнт статичної деформації, а як про коефіцієнт деформації, отриманий за допомогою ударника, СД - динамічний коефіцієнт.

Як показано в [3], повна деформація ґрунту наконечником ударника визначається залежністю

Уп = Уі 'Jn ,

(3)

де 5 - кут зовнішнього тертя ґрунту об сталь; £ - крок зсуву.

де у1 - занурення за перший удар; п - кількість ударів ударником ДорНДІ. Звідси занурення за перший удар у дорівнює

Уі =

уп

%/ñ

(4)

Оскільки загальне занурення ударника дорівнює 10 см, тому

Уі =

10

■Jñ

(5)

Початкова швидкість наконечника в момент стикання із ґрунтом $0 підраховується за законом удару непружних тіл

ту

(6)

де тУд - маса всього ударника; тГР - маса падаючого вантажу, Н - висота падіння вантажу.

Час удару ударника об ґрунт ї = 2 • у/ и0. Для найбільш поширеного ударника (з масою падаючого вантажу тГР = 2,5 кг, загальною масою 4,5 кг, висотою падіння Н = 0,4 м, глибиною занурення 0,1 м) динамічний коефіцієнт повної деформації визначається після деяких перетворень залежністю

СД =5,74п МПа/см3.

S =

g Icosр-[С • B • h • cosф + WH ■ sin ( + р + ф)

. (9)

sin а V Сд • B • sin2 a- sin ( + S-p)sin (р + ф)

Дослідження опорів затупленню

У процесі експлуатації ножі РО зношуються, з’являється поверхня зношування, яку можна моделювати площадкою затуплення [6, 7].

У найпростішому випадку вдавлення ґрунту площадкою затуплення під ніж [6] дотична складова опору від затуплення РЗТ визначається залежністю

Р =

1 ЗТ

Сд • B • S2 sin2 а3 • sin (а3 +g) 2 cos2 (а3 +g)

5,74 • n • B • S2 sin2 а3 • sin (а 3 +g)

(10)

cos

(а3 +g)

де ^ - ширина площадки затуплення; а3- кут нахилу площадки затуплення; Сд = 5,74 ■ п - коефіцієнт повної деформації ґрунту.

Користуючись узагальненими характеристиками опору ґрунту різанню: коефіцієнтом опору ґрунту різанню к і коефіцієнтом опору ґрунту затупленню п3 (опір РЗТ, віднесений до довжини ножа В) складемо рівність

P = k • B • h = k • B • h + B •n3,

(11)

Тоді залежність для визначення опорів різанню (максимальної сили зсуву елемента) [1]

P = -

0max

sin а-

C • b • hCp •

sin ф cos а

cos ф tg (ф + р)

+ sin ф

tg (ф+р)

■Wh

(7)

де к - глибина різання гострим ножем; к1 - глибина різання затупленим ножем; к - питомий опір різанню; п3 - питомий опір від затуплення.

З (11) отримаємо глибину різання затупленим ножем кх

(12)

де В і к - розміри зрізу: ширина й глибина; Жн -опір наповнення робочого органа (РО); а, р, ф -відповідно кути різання, внутрішнього тертя й зсуву ґрунту.

Залежність для визначення сили, необхідної для вдавлювання ножа в ґрунт при показнику ц = 1

Ро

таХдЄф

Сд • B• S2 • sin2 а-sin(а + g-p) cos2 g^cos р

(8)

Таким чином, глибина різання зношеним ножем

п

зменшується при тій же силі Р на величину —.

к

Отже, шлях набору ґрунту в призму волочіння збільшиться на

= L3 L0CTp = '

Пз

Unp • kH_____________________________

kр • B k • h2 — n3 • h

. (13)

При різанні стружкою постійної товщини шлях наповнення робочої призми волочіння УПР становить:

при гострому ножі

к —

при затупленому ножі

Vпр ■ кп

У,р ■ к

B ■ И ■ k р

(14)

Ьг — -

пр п

= к ■

к ■ И

1 к ■ И — п3

(15)

де УПР - об’єм призми волочіння; кп - коефіцієнт втрат ґрунту; кр - коефіцієнт розпушення.

Продуктивність машини циклічної дії, наприклад, бульдозера можна визначити виразом

П Упр ■ кп 3600

ПР, — ■ ,

(16)

де Пб - продуктивність бульдозера; /ц - час циклу.

Час циклу складається із часу копання ґрунту (наповнення відвала), транспортування, розвантаження, холостого ходу й двох поворотів. У зв’язку зі зношуванням ножів змінюється тільки час копання /коп , інші складові залишаються незмінними.

Тоді продуктивність у випадку гострого ножа можна знайти у вигляді

Пз =

, оЧ соза3 ■ зіп 8

18 (аз +8)+—(ттг

соз (а 3 +8)

зіп а 3; (19)

ккоп = С ■[*§ (ф + р) + с^8 У]

зіп (а + 8) ■ соз (\|/ + р) зіп (а + 8 + ^ + р)

(20)

де Сд і С - коефіцієнти деформації й зчеплення ґрунту; а й а3 - кути різання й затуплення; 5, р, у - кути зовнішнього, внутрішнього тертя й зсуву ґрунту; £ - ширина площадки затуплення.

Висновки

Розглянуті вище дослідження з визначення характеристик робочого процесу бульдозера дозволяє зробити такі висновки.

1. За основну характеристику ґрунту в робочому процесі бульдозера варто прийняти кількість ударів ударника ДорНДІ, яким визначається зчеплення ґрунту й коефіцієнт повної деформації його.

2. В усіх розрахунках бульдозерів необхідно враховувати затуплення ножів машини, що приводить як до значного підвищення навантаженос-ті, так і до зниження продуктивності.

3. Ступінь впливу затуплення на робочий процес

п

бульдозера визначається відношенням — , тобто

к

відношенням питомого опору затуплення до питомого опору різання.

Пб —-

Упр ■ кп

3600

Упр ■ кп

3600

(17)

Упр ■ кп

кр ■ В ■ И 'икоп

У випадку затупленого ножа

Упр ■ кп 3600

Пб —-

Упр ■ кп

-. (18)

кр ■ В ■ И'Чк

Тут ?сош4 - час виконання всіх операцій циклу за винятком часу копання; /коп - час копання ґрунту; икоп - швидкість копання ґрунту.

Як показано в [8, 9] значення коефіцієнтів ккоп й П3 становлять

4. Отримані залежності дають можливість визначати терміни служби ножів, продуктивність при різному ступені затуплення й нормувати ці показники залежно від ґрунтових умов.

Література

1. Ничке В.В., Кириченко И.Г., Рыбалко И.В.,

Ермакова Е.А. Нагруженность машин для земляных работ // Научные работы КГПИ «Проблемы создания новых машин и технологий». - 1997. - Вып.2. - С. 3-12.

2. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Трунова О.С, Аб-

рамов В.В. Определение деформационных характеристик грунта плотномерами // Автомобильный транспорт. Сер. «Совершенствование машин для земляных и дорожных работ». - Харьков: ХГАДТУ. - 2000. - Вып. 5.

- С. 66-69.

3. Ишлинский А.Ю., Кондратьева А.С. К теории

динамического испытания грунта ударником ДорНИИ // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. - М: Изд. АН СССР. - С.56-61.

^сопйі +

4. Бируля А.К. Проходимость автомобилями чер-

ноземных грунтов // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. - М.: Изд. АН СССР. - С.89-93.

5. Недорезов И. А. Научное обобщение накоплен-

ных результатов - актуальная задача // Строительные и дорожные машины. - 1995.

- № 3. - С. 22-25.

6. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Рыбалко И.В., Ту-

лузов О.Г. Влияние затупления режущих органов МЗР на нагруженность конструкции // Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин // Сб. научн. тр. ПГАСА - Днепропетровск. - 2002. -Вып. 15. - С. 146-151.

7. Рыбалко И.В., Тулузов О.Г. Влияние затупле-

ния ножа на эксплуатационные характеристики ЗТМ циклического действия // Вестник ХНАДУ // Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2004. - Вып. 23. - С.56-58.

8. Нічке В.В., Антонов М.А., Єрмакова О.А. Ро-

бочі процеси землерийно-транспортних машин і їх інтенсифікація. УСДО. - Харків, 1995. - 184 с.

Рецензент: Л.В. Назаров, професор, д.т.н.,

ХНАДУ.

Стаття надійшла до редакції 18 січня 2007 р.