CC BY
20УДК 69.002.5
Хужаназаров Б. Ф.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БУЛЬДОЗЕРА ПРИ РАЗРАБОТКЕ
ГРУНТА
Хужаназаров Б. Ф.- ст. преподаватель. (Джизакский политехнический институт)
Ушбу мацолада булдьдозер иш пичоцларининг кесиш бурчагининг тупроцни цазиш жараёнидатаъсири мууокама цилинади. Бульдозернинг ишчи жиуозларининг дизайни ишлаб чицилган булиб, у турли хил гурунтлар (ер шароитлари) учун оптимал кесим бурчагиниурнатиш имконини беради.
Калит сузлар: Бульдозер,ишчи жих,озлар, кесиш бурчаги,казишда тупрок каршилиги, тортиш хусусиятлари.
The article considers the issue of the influence of the cutting angle on the process of digging the soil. The design of the working equipment of the bulldozer has been developed, which allows to set the optimal cutting angle for various ground conditions.
Key words: bulldozer, working equipment, cutting angle, soil resistance to digging, traction characteristic.
Многолетние исследования, проводимые с целью совершенствования рабочего оборудования бульдозеров, позволяют выявить ряд наиболее перспективных направлений в данной области.
В первую очередь следует отметить достижения в области автоматизации систем управления машин, что очевидно, ввиду появления новых возможностей программного обеспечения.
В то же время разработка вопроса совершенствования конструкций отвальных рабочих органов остается актуальной задачей, так как в данном направлении достаточно резервов для повышения эффективности процесса копания.
Ввиду работы бульдозеров на грунтах, имеющих различные физико-механические свойства, очевидна необходимость разработки адаптивных рабочих органов.
В настоящее время имеются положительные результаты по изучению влияния глубины и ширины резания на процесс копания, что позволило создать адаптивный рабочий орган, изменяющийся по ширине, а также адаптивную систему управления, обеспечивающую работу на требуемой глубине резания.
Одним из значимых факторов, влияющих на процесс копания грунта, является угол резания, так как снижение сопротивлений грунта резанию и копанию за счет оптимизации угла резания ведет к увеличению глубины копания и рабочих скоростей движения машин, а, следовательно, к повышению производительности. В процессе разработки грунта бульдозерами наибольшая часть энергии расходуется на резание грунта, поэтому к оптимальным следует относить углы, соответствующие минимальному значению силы резания.
На первом этапе создания адаптивного рабочего оборудования, позволяющего оптимизировать угол резания, необходимо получить теоретическое обоснование диапазона его изменения.
В выпускаемых в настоящее время бульдозерах угол резания изменяется в пределах -45.. .65 градусов.
Указанный выше диапазон углов существенно отличается от оптимальных углов, представленных в технической литературе.
Результаты исследований докторов технических наук, профессоров: Н.Г.Домбровского [1], А.Н.Зеленина [2], В.И.Баловнева [3], Д.И.Федорова [4], К.А.Артемьева [5], Ю.А.Ветрова [6], И.А.Недорезова [7] и ряда других ученых показывают, что оптимальные углы резания составляют 15.30 градусов.
Авторами статьи была предложена конструкция рабочего оборудования бульдозера (заявка на изобретение №2008100340/03 с приоритетом от 9.02.2008 г.), позволяющая повысить эффективность процесса копания путем оптимизации угла резания.
При этом предварительно был установлен диапазон изменения угла резания, в котором появление оптимального угла наиболее вероятно.
На рис.1 представлена трехмерная модель модернизированного рабочего оборудования бульдозера. Рабочее оборудование включает: отвал 1, соединенный посредством пальцев с толкающими брусьями 2 и гидроцилиндры 3 изменения угла
резания.
В качестве устройства, изменяющего угол резания, наряду с гидроцилиндрами в заявке на изобретение предложено принципиально новое электромагнитное управляющее устройство, применение которого в бульдозерах малой и средней мощности является актуальным. Достоинствами данного устройства является быстродействие, защита окружающей среды от возможных утечек гидравлической жидкости, малые потребляемая мощность, габариты и масса. Рис. 1 - Модернизированное Используя уравнение Зеленина - Горовица [2],
рабочее оборудование бульдозера как наиболее близкое к экспериментальным данным,
получены значения усилий резания для бульдозера ДЗ-110, позволяющие судить об эффективности использования модернизированного рабочего оборудования:
р, = (1 + ctga• tgS)' • f :Si" ) • (C cos p + r • h),, Н (1)
1 + sin p^ cos2^H
где I - ширина резания, см; h - глубина резания, см; p - угол внешнего трения грунта по грунту, град; 2фн = 2п - 2а-5- argsin(sin p^sin5); C0 - сцепление грунта, Н/ см2 ; Г. -объемный вес грунта, Н/см3 ; а - угол резания, град; 5 - угол трения грунта по стали, град;
Расчет сопротивления грунта копанию для неповоротного отвала производился по формуле [3]:
PKOn = Pp + Pmp + Pn + Р , Н (2)
где Ртр - сила трения ножа о грунт, Н; Рп - сила сопротивления перемещению призмы
волочения грунта, Н; Рв - сила трения грунта при движении вверх по отвалу, Н; Для расчета силы трения ножа о грунт использовалась зависимость [3]:
Ртр = / • Р, (3)
где /2 = tg5 - коэффициент трения грунта по стали; Р2 - вертикальная составляющая сопротивления грунта резанию, Н;
Р2 = Р, • ctg(a + 5), (4)
Сила сопротивления перемещению призмы волочения грунта определялась из выражения [3]:
Рп =/• Gn, (5)
где / - коэффициент трения грунта по грунту; - вес призмы волочения грунта, Н; Gn Вес
призмы волочения рассчитывается по формуле [3]:
2
G = Г ■ B0 ■H0 , (6)
n k, ■ 2 ■ tge ' ()
где уг - объемный вес грунта, Н/м3; В0 - длина отвала, м; Н0 - высота отвала без учета
козырька, м; £ - угол естественного откоса грунта, град; Кр - коэффициент разрыхления
грунта; Для определения величины силы сопротивления движению стружки грунта вверх по отвалу использовалась формула [3]:
Рв=Сп-ц2-со52а, (7)
Из графиков следует, что при увеличении глубины копания влияние угла резания на значение сопротивления грунта копанию возрастает. Анализируя полученные для бульдозера ДЗ-110 по приведенным выше формулам данные, можно сделать вывод о том, что при разработке грунта рабочим оборудованием с углом резания 30 градусов сопротивление грунта резанию (независимо от глубины резания) уменьшается: - для глины на 44.5%;
Рис.2 - График зависимости сопротив-ления грунта копанию от глубины резания:
Ркоп = Ркоп (Д кривая 1 - для глины и
угла резания а = 550 ; кривая 2 - для глины и угла резания а = 30°; кривая 3 - для суглинка и угла резания а = 550; кривая 4 - для суглинка и угла резания а= 300
- для суглинка на 45.2%;
- для супеси на 39.4%, по сравнению с углом резания 55 градусов.
В свою очередь, сопротивление грунта копанию (в зависимости от глубины резания h = 100.. .500 мм) уменьшается:
- для глины на 17,8.26,5%;
- для суглинка на 12,2.27,1%; - для супеси на 1,7. 18%.
На рис.3 представлена тяговая характеристика бульдозера ДЗ-110, оснащенного модернизированным рабочим оборудованием.
Тяговая характеристика позволяет проверить реализацию тягово-сцепных качеств бульдозера, при оснащении его модернизированным и серийно выпускаемым рабочим оборудованием. При этом эффективная работа бульдозера будет иметь место, когда сопротивление грунта копанию меньше или равно значению номинальной силы тяги
От = 125Ш .
С целью обоснования эффективности использования модернизированного рабочего оборудования следует рассмотреть два случая работы бульдозера ДЗ-110.
В первом случае для серийного рабочего оборудования с углом резания а = 550 и модернизированного рабочего оборудования с углом резания а = 300 устанавливается одинаковая глубина резания. Так как сопротивление грунта копанию для модернизированного рабочего оборудования меньше, чем для серийного, поэтому бульдозер может развивать большие рабочие скорости движения. Данное утверждение можно проверить, отложив по оси силы тяги Т значения сопротивлений грунта копанию двух сравниваемых вариантов и восстановив перпендикуляры до пересечения с графиком действительной скорости машины & (рис.3).
Так для конечной стадии копания при глубине резания Д = ЮН сопротивление грунта копанию для модернизированного рабочего оборудования составляет РК1 = 125,727 кН (рис.3), что соответствует наиболее благоприятным условиям работы бульдозера на режиме номинальной силы тяги От = 125кН. Для серийного рабочего оборудования сопротивление грунта копанию составляет = 152,928£НкН (рис.3), что близко к
значению силы тяги по сцеплению О^= 157,04АН, соответствующей 100%- ому
буксованию гусеничного движителя. При этом рабочие скорости движения бульдозера равны 3dl = 125км/ ч и 3dl = 125км/ ч соответственно.
Во втором случае рассматривается работа бульдозера на режиме максимальной тяговой мощности NOmax = 59.04 kAo с выходом на номинальную силу тяги Om = 125kH
Согласно расчетным данным для конечной стадии копания, с учетом работы бульдозера ДЗ-110 на режиме максимальной тяговой мощности, глубина резания для рабочего оборудования с углом резания 30 градусов составляет для глины 70 мм, что на 40% превосходит глубину резания h=50 мм, полученную для серийного рабочего оборудования с углом резания равным 55 градусов. Возможность срезания стружки грунта большей толщины позволяет значительно сократить путь копания и повысить техническую производительность. Вывод: модернизированное рабочее оборудование позволяет повысить производительность.
Вывод: модернизированное рабочее оборудование позволяет повысить производительность бульдозера за счет уменьшения времени рабочего цикла, увеличения рабочих скоростей движения и толщины срезаемой стружки грунта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Домбровский Н.Г., Гальперин М.И. Землеройно-транспортные машины. -М.:Машиностроение,1965.-274 с.
2. Шукуров, Р., Шукуров, Н., & Хужаназаров, Б. (2020). К вопросу повышения износостойкости рабочих органов землеройных машин. In Образование, наука и технологии: актуальные вопросы, инновации и достижения (pp. 241-245).
3. Рузибоев А.Н, Шукуров Н.Р, Хужаназаров Б.Ф., Долговечности зубьев рабочего органа инженерных машин. Статья принята к публикации в журнал № 3 (59), 2021 год. Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны. сайт журнала: https://scientific-publication.com
4. Хужаназаров Б.Ф., Бульдозер ишчи органларининг бурилиш кияликлари буйича урнатишда иш самарадорлигини ошириш методикаси.
5. The journal of academic research in educational sciences (issn 2181-1385 volume 1, issue 4 december 2020).
6. Рузибоев А.Н., Шукуров Н.Р Долговечность зубьев рабочего органа инженерных машин.
