Математическое моделирование взаимосвязи параметров рабочего оборудования и энергоемкости копания грунта Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 6 (2014 7) 685-688

УДК 624.131.53

Mathematic Modeling Relationship Parameters of the Working Equipment and Energy Digging Soil

Andrei Yu. Krasnonosov*

Siberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia

Received 05.04.2014, received in revised form 27.04.2014, accepted 12.05.2014

The aim of this work is to establish the basic parameters of the relationship on the weight strength of working equipment with an energy bulldozer digging soil. Mathematical model was developed energy intensity of soil digging dozer blade, which in turn can be used to assess the effectiveness of the working bodies of earth-moving machinery.

Keywords: energy intensity, blade, efficiency, modeling, bulldozer.

Математическое моделирование взаимосвязи параметров рабочего оборудования и энергоемкости копания грунта

А.Ю. Красноносов

Сибирский федеральный университет Россия, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Целью данной статьи является установление взаимосвязи основных параметров навесного рабочего оборудования бульдозера с энергоемкостью копания грунта. Была разработана математическая модель энергоемкости копания грунта отвалом бульдозера, которую, в свою очередь, можно использовать для оценки эффективности рабочих органов землеройных машин.

Ключевые слова: энергоемкость, отвал, эффективность, моделирование, бульдозер.

Введение

Бульдозер признан одной из наиболее распространенных и эффективных машин для выполнения разнообразных земляных работ. Объемы земляных работ, ежегодно выполняемых в

© Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: andreikr-24@mail.ru

*

su И fi

1 I

A

Рис. 1. Основные параметры профиля неповоротного отвала

нашей стране, огромны, они производятся различными землеройными машинами: одноковшовыми экскаваторами, скрепе рами, бульдозерами.

Энергоемкость копания грунта бульдозером во многом определяется формой и размером его отвала. Основным и параметрами профиля неповоротного отвала (рис. 1) являются угол резания а, угол опрокидывания 53, угол наклона о, кривизна или радиус отвальной поверхности R, высота Н и длина Ь. В меньшей степени работу отвала характеризует задний угол в, угол заострения в, угол наклона козырька 8К, высота с козырьком Нк и длина прямой части отвальной поверхности а.

При увеличении прямой части ножа отвала ухудшаются условия для перемещения стружки по отвалу и энергоемкость копания возрастает.

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 рис. 2.

Если (XI = а0 + а, то величина Н = £ ■ siп(а0 + а) = «Л ■ вшаь из этого видно , что угол наклона отвала влияет на высоту оовтла, а это, в овою очередь, ведет к изменению о бъема призмы волочения грунта. При копании грунта отвалом бульдозера возникают три основных сопротивления. Это сопротивление резанию 1¥р, сопротивление перемещению призмы волочения сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу 1¥в и сопротивление трению ножа о грунт, его принимаем равным нулю. Эти сопротивления определяются известными зависимостями

где С - число ударов ударника ДорНИИ; Ь - длина отвила, м; /г - глубина резания, см; а - угол резания, град.

Математическая модель энергоемкости копания грунта

Wp = С ■ h'-35(1 + 2,6 • L)(1 + 0,01а),

(1)

Wnp = Vnp ■ Yгр ■ tgp,

(2)

Рис . 2. С хема о твала бульдозера: Н - высота отвала б ез у чета высоты ко зырька; 13 - рас(стояние от режущей кро мки отвала до точки соединения отвала с козырьком; а - угол резания; а[ - угол наклона отвала; а0 -постоянный угол между касательной к режущей кромке и линией, соединяющей режущую кромку ножа отвали с точкой крепления козырька

ЬИ 2

где Упр =--объем призмы волочения (Кпр - коэффициент призмы волочения); угр - объемный вес грунта, кг/м3; tgp - коэффициент трения грунта по грунту.

М^^^о-й^, (3)

где - коэффицие нт трения грунта по грунту.

На основании йтио сопротивлений определяем мощность йульдозера, идущую на прейдоленио сопротивлений копанию грунта:

Т.ув

N =-П (4)

Т02-га'

где б - суммарное со-иотивление копанию на отвале бульдозера, кгс; Ур - скорость движения бульдозера при копании, м/с; п - КПД.

Производительность бульдозера щзи копонии грунта определяем по формуле

(600- К • К .К

П т-т-2-В5)

Тукт v'

где К - коэффициент использовоитс бу аьдозера по врсмеви (Кв = 0^8>С>,88 5); Ку - коэффициент, учитывающий влионие уклонв мостности; Ту - продотжитевлность цикла, с; Кр - коэффициент разрвзх ле-ия грунта.

Продолжителоность цитле бул5дозерт определим по формуле

2 2 2 +1

Тц = —ТВ + -МП- + Л.-+тТ + ^ , (6)

ц V V V п

- тр хх

оде Г - д вина пути резания, ж/ ; у - скорость ддижения бульдоаера прсв кенвнии, м/с; 1тр - длина транс-зртирования вру нтв, ххд Утр -с скорость д-ижения бэусль.доаягрсз при перемещении грунта, Утс= 0,91,0 мТс; У^ - скорость обратного холостого движения трактора, УЛ = 1,12,2 м/с; 4 - общее время, затрачиваемое на опускание отвала, переключение передач и разворот, 4 = (2528) с.

V V 2V

l = щ = е =_->__(7)

2 F Lh L(h + h . )'

ср V max mm'

где F - площадь сни мае мо го слоя г;рунта, м2; hcp - средняя глубина резания грунта, м; hmax -глубина резания в начале копания , м ; hmi„ - глуби на резания в конце копания грунта при перемещении призмы волочения, м; L - длина отвала, м

Т

h =——, (8)

max jp т > v /

Крез L

где Крез - удельное сопротивление грунта резанию, кгс/м2 .

На основании вышеизложенного определим энергоемкость копания грунта отвалом бульдозера:

= -V„

E = N_= 102-п = Т ■ Vp-T4'K

П 36 00-VV-K s-Ky 102-П-3600 V,-Ks-Ky

V KP )9)

2С ■ h13 5 (1 + 2,6 -D21 + 0,0 a LOf-'Ytr-tTP + VV- - Yp■ cos2 a - tgS)Vp-T4- Kp

_fVp_VVp_

L Ttv '

102 -п-3600- =^—-K V

2К>р в у

LH2

LH2

V

t__>

V>P +L

( T ^ —-— + h . V L V

ц

VTP V„

-+1 (10)

П—-—+ / . )И -тар

^ ту т тип / р

кт

Таким образом, получена математическая модель, устанавливающая взаимосвязь основных параметров навесного рабочего оборудования бульдозера с энергоемкостью копания грунта.

Список литературы

[1] Добронравов С.С., Дролов В.Г. Строительные машины и основы автоматизации: учебник. М.: Высшая школа, 2001. 576 с.

[2] Довгяло В.А., Речкарев Д.И. Дорожно-ртроителнные машины. Ч. I: Машины для земляных работ: учеб. пособие. Минск: БелГУТ, 201И 250 к.

[3] Шестопалов К.К. Строительные ив дорожные машины. уче б. пособие. М.: Академия, 2008. 384 с.

[4] Волков С.А., Евтюков С.А. Строительные машины: учеб. пособие для вузов. СПб.: Изд-во ДНК, 2008. 704 с.