Научная статья на тему 'Теоретические исследования процесса разработки грунта рабочим органом землеройной машины с выступающим ножом трапециевидной формы'

Теоретические исследования процесса разработки грунта рабочим органом землеройной машины с выступающим ножом трапециевидной формы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
338
103
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
стружка / разрушение / прорезь / математическая модель
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Theoretical research of earth moving process by blades of trapezoidal form with different parameters is considered in this work. The analysis of interaction of bulldozer working organ with soil, whose blade system is equipped with projecting blade of trapezoidal form, is given. Practicability of giving trapezoidal form to bulldozer working organ blades is proved.

Текст научной работы на тему «Теоретические исследования процесса разработки грунта рабочим органом землеройной машины с выступающим ножом трапециевидной формы»

УДК 621.879.3.064.2

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ГРУНТА РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНОЙ МАШИНЫ С ВЫСТУПАЮЩИМ НОЖОМ ТРАПЕЦИЕВИДНОЙ

ФОРМЫ

Л.А. Хмара, профессор, д.т.н., ПГАСА, В.А. Талалай, аспирант, ДонНАСА

Аннотация. Рассматриваются теоретические исследования процесса копания грунта ножами трапециевидной формы с разными параметрами. Приведен анализ взаимодействия с грунтом рабочего органа бульдозера, ножевая система которого укомплектована выступающим ножом трапециевидной формы (ВНТФ). Доказана целесообразность придания ножам рабочего органа бульдозера трапециевидной формы.

Ключевые слова: стружка, разрушение, прорезь, математическая модель.

Введение

Наиболее распространенной землеройно-транспортной машиной, используемой в строительстве, является бульдозер с рабочим органом традиционного типа. Один из эффективных направлений повышения производительности бульдозера является совершенствование рабочего органа, или отдельных его функциональных частей, предложенных на основании анализа закономерностей его взаимодействия с разрабатываемым грунтом [1].

Повышение производительности и эффективности работы бульдозера возможно за счет придания ножевой системе РО таких геометрических параметров, при которых усилие резания грунта будет min, а траектория перемещения срезанной стружки грунта и ее компоновка будет способствовать увеличению призмы волочения, т.е. с минимальным усилием перемещения грунта по отвалу и минимальными потерями грунта в боковые валики [2].

Цель и постановка задачи

Целью статьи является определение, на основании теоретического исследования процесса копания грунта, рациональных форм ножевых систем РО.

Задачи: 1 - провести теоретические исследования процесса разработки грунта РО, дать анализ взаимодействия РО бульдозера с разрабатываемой средой; 2 - разработка математической модели процесса копания грунта РО с ВНТФ; 3 - создание, на основе анализа, усовершенствованных конструкций РО.

Анализ воздействия режущего элемента на разрушаемый грунт

Анализируя работы ученых Баловнева В.И., Ветрова Ю.А., Зеленина А.Н. [1, 2, 3] и др. исследователей было установлено, что при блокированном и полусвободном резании двигаясь вперед, режущий элемент прямоугольной формы отделяет стружку, оставляя после себя прорезь трапециевидной формы, ширина которой на поверхности существенно больше ширины Ь ножа находящегося на глубине йпол. На основании данных положений были предложены принципиально новые схемы взаимодействия режущего элемента с грунтом, в основе которых лежит нож трапециевидной формы с разными параметрами образования трапеции.

На схеме (рис. 1, а) с ножом формой Нт/Н=1 отсутствует сила Рбок, затрачиваемая на разрушения грунта в боковых расширениях прорези, так же за счет геометрии ножа была ликвидирована зона действия силы бокового

среза Рбок ср. В данном случае суммарная сила резания имеет вид:

характеризующей процесс формуле следующий вид

Р(Ъ, К, 5) = у тСв (Ъ+ ^ол Сёф;) К

(1)

Р(Ъ, К, 5) =(у тсв ((Ъ+ (Кол -К')^ф1)х

где у - коэффициент, учитывающий угол резания; тсв - удельная сила свободного резания при угле резания 45°; Ъ - ширина режущей кромки ножа; ф1 - угол наклона боковых граней ножа; Кпол - глубина копания.

В двух других предложенных схематических решения (рис. 1, б, в) (ННТН=0,5-0,3) в отличии от ННТ/Н=1, зоны действия сил Рбок и Рбок.ср существуют, но они смещены вверх от основания ножа Ъ1, что придает

X (Кпол - К') + ЪтН')) + 2Рбок

1 - К'

+ 2Р

К'

V У

К',

^ф1Ка+

(2)

где Рбок - сила сопротивления грунта разрушению в боковых расширениях прорези; Рбок.ср - сила сопротивления грунта срезу боковыми ребрами ножа; К - глубина начала образования боковых расширений прорези; К' - глубина копания прямоугольной части ножа.

а

б

Рис. 1. Схема грунтовой прорези, зоны действия составляющих сил резания при копании ножом трапециевидной формы: а - ножом формы Нн/Н = 1; б - ножом формы Нн/Н = 0,5; в - ножом формы Нн/Н =0,3

Анализ предложенных схематических описаний влияния ножа на грунт объективно указывает на эффективную геометрию ножа трапециевидной формы, способного разрабатывать грунт с минимальным усилием за счет результативной траектории воздействия на грунт.

Математическая модель процесса копания грунта РО бульдозера оборудованным ВНТФ и БК

При определении горизонтальной

составляющей сопротивления грунта копанию, были учтены закономерности, полученные проф. В.И. Баловневым и проф. Л.А. Хмарой [1], в которых грунт представлен в виде статики сыпучей среды обладающей сцепными свойствами. Этот процесс описывается сложным математическим выражением, реальный вид которого из-за сложности в статье не приведен, а дается только в функциональном представлении

рВН _ ВвН(т.н)п ВвН(т.в) ар(Т), ар(ВН)„ hТ,

hвн, 3, р, У, а, Ур, hз, Аи А2, Аз, Нот), (3)

где В'Т - ширина традиционного ножа, м.; ВвН(т.н), ВвН(тв) - ширина, соответственно нижнего и верхнего основания ВНТФ, м; ар(т), ар(ВН) - угол резания, соответственно традиционного ножа и ВНТФ, град.; ^, hвн -глубина резания, соответственно

традиционного отвала и отвала с ВНТФ, м; 5, р - угол, соответственно внешнего и внутреннего трения, град.; у - плотность грунта, т/м3; а - толщина срезаемого пласта; ур - плотность разрыхленного грунта, т/м3; ^-ширина площадки затупления; Аь А2, А3 -коэффициенты, определяемые аналитически; Нот - высота отвала, м.

Новые конструкции бульдозерного РО, оснащенного ВНТФ

Анализ взаимодействия режущего элемента и математическая модель процесса разработки грунта РО с ВНТФ позволили определить, что придание ножевой системе трапециевидной формы способствует уменьшению трения боковой поверхности ножа, а также уменьшению потерь грунта в боковые

расширения прорези и увеличению массы призмы волочения и одновременно уменьшению горизонтальной составляющей сопротивления грунта копанию. На основании проведенного анализа были разработаны варианты установок ножевых систем (рис. 2, а, б и в) и конструкции РО содержащие ВНТФ (рис. 3)

а

в

Рис. 2. Варианты возможных конфигураций установки ножевых систем и их элементов: а, б - 1ВН; в - 2ВН и зубья

На рис. 2 обозначены: 1, 4 - ВН; 2 - БК; 3 -ТН, 5 - зубья; аь а2, - угол резания традиционным и новым (выступающим) ножами, соответственно; а'1 и а'2 - угол резания, соответственно, стандартным и изогнутым зубом.

а

Рис. 3. РО бульдозера с выступающим ножом трапециевидной формы: а - 1ВН; б -2ВН; в - 2ВН боковые стенки и вынесенная вперед ножевая система с 1ВН

Выводы

Теоретический анализ взаимодействия с грунтом РО указывает на эффективность применения ВНТФ, способствующего увеличению массы призмы волочения и уменьшению горизонтальной составляющей сопротивления грунта копанию.

Литература

1. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенси-фика-

ция разработки грунтов в дорож-ном строительстве. - М.: Транспорт, 1993. -383 с.

2. Ветров Ю.А. Резание грунтов землерой-

ными машинами. - М.: Машиностроение, 1971.- 357 с.

3. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов

механическими способами. - М.:

Машиностроение, 1968.- 368 с.

Рецензент: Л.В. Назаров, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 6 июня 2007 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.