Производительность бульдозера дт 75 м3 в час. Определение производительности бульдозеров м бульдозеров-рыхлителей

Производительность бульдозера определяется как объем работ, выполненный за единицу времени. При составлении проекта работ, осуществлять которые будут бульдозерные агрегаты, важно применить корректные параметры производительности машин в условиях, определенных техническим заданием на проект.

Расчет производительности

В первую очередь определяются теоретические параметры искомого показателя, затем необходимо откорректировать его в соответствии с условиями будущей строительной площадки. В итоге получим реальную производительность машины для конкретного проекта.

Расчеты ведутся по формуле:

• Q — искомая производительность машины, м3 /ч;
• q — производительность бульдозера за цикл, м3
• См- рабочий цикл по времени, мин;
• e — коэффициент, учитывающий угол уклона;
• E: коэффициент, учитывающий продуктивность бульдозера

Цикловая (теоретическая) производительность определяется:

q1 — вместимость отвального устройства (м3)

a — коэффициент, учитывающий заполнение отвала

Выбор коэффициента (a)

Время цикла (движение, разворот и смена режима КПП), определяется по формуле:

D – плечо перемещения разрыхленной массы, м;

F — темп переднего хода, м/мин

R — темп заднего хода, м/мин

Z — время, затраченное на переключение КПП, мин.

Значения:

• F и R — определяются исходя из скорости перемещения вперед 3-5 км/ч, назад 5-7км/ч;
• Z – для механической трансмиссии 0,10 мин, для гидромеханики 0,05 мин.

Коэффициент e, учитывающий угол уклона определяется по специальному графику и составляет 0,75 при движении на 15% уклон, 1,2 при перемещении под 15% уклон.

Коэффициент E, учитывающий продуктивность бульдозера выбирается в зависимости от условий эксплуатации: хорошие – 0,83, средние – 0,75, ниже чем средние – 0,67, плохие – 0,58.

Существуют более точные методы расчета, на основе которых предлагается графический и табличный материал для определения технической производительности бульдозера. Алгоритм подсчета заложен в программное обеспечение вычислительных устройств строительных и машиностроительных центров, в бортовые компьютеры современных агрегатов.

Производительность бульдозеров российского производства и их зарубежных аналогов

Техническая производительность машин зависит от 4 факторов:

1. Вместимости отвального устройства, формируещего объемы перемещаемого материала в призме волочения.
2. Параметра мощности силового агрегата трактора, обеспечивающего темп перемещения и маневренность.
3. Длины плеча рабочего участка, от которого зависит время цикла и потери породы из призмы волочения.
4. Характеристик пород грунта рабочего участка.

Для конкретной машины любого производителя объемный параметр переработки грунта за единицу времени зависит от 2 и 3 фактора, в большей степени от энергонасыщенности машины, обеспечивает которую силовой агрегат. Конструкция и объем отвального устройства также во многом зависят от мощности мотора.

Энергонасыщенность зарубежных агрегатов выше, отвальные устройства более разнообразны по конструкции, объем призмы волочения, формируемый ими, значительно больше.

Бульдозеры российского производства

Бульдозеры зарубежных производителей

Российские производители не ищут собственных путей развития тракторостроения, а используют в машинах детали и агрегаты зарубежных компаний.

Бульдозер ЧЕТРА Т25 снабжается американской силовой установкой QSX15-C440 фирмы «Cummins», гидравлика работает от насосных установок компании David Brown. В российских машинах используются трансмиссионные узлы от BOSCH-REXROTH SAUER-DANFOSS (Германия).

Стоимость высокопроизводительных тракторов с бульдозерным оборудованием российского производства значительно выросла. Для их продвижения на рынке строительного оборудования необходимо внедрение современных лизинговых схем, грамотная маркетинговая политика.

РАССКАЖИ ДРУЗЬЯМ

Вконтакте

5. Определить производительность бульдозера при разработке грунта

Исходные данные к задаче: бульдозер марки Т-500, дальность транспортировки грунта L = 160 метров, грунт – плотный суглинок.

Производительность бульдозера определяем по формуле

где П – производительность бульдозера, м 3 /час; V пр – объем призмы волочения, м 3 ; Т ц – продолжительность цикла, с; К – коэффициент потери грунта, К = 1- 0,005 L, L – дальность транспортирования грунта,

L = 1- 0,005∙160 = 0,2; К р – коэффициент разрыхления грунта, К р = 1,3 (таб.8)

Тяговое усилие, развиваемое трактором при мощности 372 кВт (таб.5), в ньютонах;

, (5.2)

где N дв - мощность двигателя трактора, кВт; - КПД трансмиссии трактора, = 0,9; V 1 - скорость движения трактора на 1-ой передаче, м/с. V 1 =4 км/час = 1,1 м/с.

Сила тяги по сцеплению Т сц, в ньютонах:

где G сц = m 9,8 – сила тяжести трактора с навесным оборудованием, Н; m – эксплуатационная масса бульдозера, 59455 (кг), таб.5 - коэффициент сцепления при движении по плотному суглинку =0,9;

G сц =59455∙9,8 = 582659 (Н)

Т сц =582659∙0,9=524393 (Н)

Условие движения без буксования:

Т сц › Т N ›W

где W – суммарное сопротивление, возникающее при работе бульдозера.

W=ΣW=W 1 +W 2 +W 3 +W 4, (5.4)

где W 1 – сопротивление грунта резанию:

W 1 =B∙sinα∙c∙k,

где В = 4530 мм. (таб.5) – длина отвала, м; α = 90 ° (таб.5) – угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град; с – толщина срезаемого слоя, принимаем равной 0,3 м; κ = 100000 Па по (таб.8) – удельное сопротивление грунта резанию, Па.

W 1 =4,53∙1∙0,3∙100000=135900

W 2 = (5.5)

где W 2 – сопротивление волочению призмы грунта перед отвалом; Н=2,12м (таб.5) – высота отвала, м; ψ=40 ° - угол естественного откоса грунта; γ = 1800 кг/м 3 (таб.8) – плотность грунта; g = 9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения; μ = 0,7 – коэффициент трения грунта по грунту; i = 0 -уклон пути, участок горизонтальный.

W 2 =

W 3 = (5.5)

где W 3 – сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу; δ=50 ° - угол резания; μ 1 = 0,7 - коэффициент трения грунта по стали;

W 3 =

Определяем W 4 – сопротивление движению бульдозера с трактором:

W 4 =G∙f (5.5)

Где G = 59455∙9,8 = 582659 (Н) - сила тяжести бульдозера, Н; f=0,12 – удельное сопротивление движению бульдозера.

W 4 = 582659∙0,12=69919

Свободную силу тяги определяем по формуле (5.6)

Т = Т сц - (W 2 + W 3 + W 4) (5.6)

Т = 524393 – (149,79+61,37+69919) = 454262

Запас тягового усилия по мощности определяем по формуле (5.7)

Т = Т N - (W 2 + W 3 + W 4) (5.7)

Т = 304363 – (149,79+61,37+69919) = 234233

Для дальнейших расчетов принимаем меньшее значение запаса тягового усилия Т min = 234233

Расчетную глубину резания в конце набора грунта определяем по формуле (5.8)

где W 1 – сопротивление грунта резанию (принимаем равным Т min = 234233)

C min =

Максимальную глубину резания по формуле (5.9)

C max =

Определяем среднюю толщину срезаемой стружки

Определяем объем грунта в призме волочения:

V пр = l 1 ∙B∙C, (5.11)

где l 1 – длина участка набора грунта, м;

l 1 =

Подставляем значение l 1 в формулу 5.11

V пр = 5∙10 -6 ∙4,53∙520751=12,1м 3

Определяем Т ц – продолжительность цикла, с;

Т ц = t 1 + t 2 + t 3 + t 4 (5.13)

где t 1 – время резания грунта, t 1 =

где t 2 – время перемещения грунта, t 2 = с,

где t 3 – время обратного хода, t 3 = с,

где t 4 – дополнительное время (время на переключение передач и т.д),

Т ц = 146+146+26=317с,

По формуле 5.1 определяем производительность бульдозера

м 3 /час

Производительность бульдозера составляет 21,14 м 3 /час.

1. Г.Г. Воскресенский, Г.И. Декина, В. А. Клюев, Лещинский А.В., Позынич К.П., Шемякин С.А. Строительные и дорожные машины: Лабораторный практикум: 2003 – 89с.

2. Чернявский С.А., Кузнецов Б.С. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие для вузов – 5-е изд. перериб. и доп. - М.: Химия 1984 – 560 с. ил.

3. Сиденко П.М. Изменение в хим. промышленности. - М.: Химия 1977 – 368 с. ил.

4. Чернилевсий Д.В. Детали машин и механизмов. Учебное пособие - 2-е изд. перероб. и доп. – К.: Выща шк. Головное изд-во 1987г. – 328 с.

5. Батурин А.Т. Цецкович Г.М. Панич.Б. Б. Чернин П.М. Детали машин – 6-е изд. машиностроение – М: 1971 – 467 с.

В условиях нынешних российских стройплощадок не может решаться из-за недостатка этой принципиальной важной предпосылки. Подтверждением чему служит то обстоятельство, что подавляющее большинство строительных машин и механизмов классифицируется по признакам рода выполняемой работы, режима работы и степени универсальности. Иначе говоря, речь идет о механизации конкретных трудовых операций (в том...

В том числе скважин для изготовления буронабивных свай. Рыхлители служат для рыхления мерзлых грунтов и пород, которые не могут разрабатываться обычными машинами для земляных работ, экскаваторами, бульдозерами, скреперами. Одноковшовые строительные экскаваторы могут разрабатывать грунты с удельным сопротивлением копанию k1=0,5МПа, а многоковшовые с k1=0,8МПа. Бульдозеры и скреперы могут...

По конструкции разделяются на машины с бортовым поворотом или с шарнирно сочлененной рамой. В мини-погрузчиках широко используется как гидромеханическая трансмиссия, так и специализированный гидрообъемный привод в механизмах привода хода и в механизмах рабочего оборудования. Малогабаритными строительными машинами считаются погрузчики массой до 7,4 т, грузоподъемностью до 1,5 т, с двигателем...

Техническую производительность бульдозера на планировочных работах определяют по протяженности полосы планировки, ширине отвала и углу установки в плане (для поворотных от­валов) при числе проходов п > I, м 2 /ч

3600 S(B sinα у - bn)

П =_________________

п(S/υ+to)

где S -длина планируемого участка, м; α у - угол установки отвала в плане, град (для непо­воротного от вал а 90°, для поворотного 63 и 90°); υ - средняя скорость движения бульдозера, м/с; to - время на разворот бульдозера, с |( to = 16... ...45); B - ширина бульдозерного отвала, м; bn =(0,2,..0,3) В.

При резании и перемещении грун­тов в насыпи, разработке, выемок, кот-

лованов, траншей и других работ боль­ших объемов техническую производи­тельность определяют на единицу объема грунта в состоянии естествен ной плотности и влажности

П = 3600 V6 Кк Ку Кс / Тц..б.

где V=0,5ВН²сtgφо/К Р, м э - объем призмы волочения, срезаемой отвалом бульдозера; Н - высота отвала по хорде с учетом козырька, м; φо - угол естественного откоса перемещаемого материала, составляющий 15...50° в зависимости от типа и состояния грунта (среднее значение φо = 30° и сtg 30° = 1,73); К Р -коэффициент разрыхления грунта, характеризующий переход от объема призмы в рыхлом теле к объему грунта в плотном теле; Кк - коэффициент учета квали­фикации машиниста (принимают за 1 при управ­лении гусеничным бульдозером машинистом вы­сшей квалификации, 0,85-средней и 0,65- низшей). Ку - коэффициент учета влияния ук­лона местности (табл. 3.5); К с - коэффициент сохранения грунта при перемещении (принима­ют К с = I - 0,005Sn, где Sn - путь перемещения призмы грунта, м); Тц..б. - продолжительность рабочего цикла бульдозера.

Коэффициент разрыхления грунта принима­ется:

Песок и супесь в немерзлом со­
стоянии....................................... 1,1… 1, 2

Суглинок и глина в немерзлом
состоянии...................................... 1,27...1,55

Скальный грунт и уголь. . . 1,34...1,67
Песок и супесь к мерзлом состоя­
нии. .......................................... 1,2...1,75

Суглинок и глина в мерзлом со­
стоянии....................................... 1,75...2.0

3.5. Коэффициент учета влияния уклона релье­фа местности

Продолжительность рабочего цик­ла бульдозера, с

Тц..б. = Sp / υ p + Sх / υа + tос + 3

где Sp и Sх - длина рабочего и холостого хо­дов, м; tос - время остановок в начале и конце

рабочего хода, составляет: для гидромеханичес­кой трансмиссии при наличии быстродействую­щего реверса - З с; для механической трансмис­сии при наличии шестерен постоянного зацепле­ния - 4-8 с, без постоянного зацепления (боль­ше значения для 2-х рычагов реверса) - 6. ..10 с; 3 - время, добавляемое на разгон н замедле­ние, с.

Средняя скорость рабочего хода трактора с рабочим оборудованием эк­сплуатационной массой, т. G, м/с

υр = NеηКзаг (1 – δ)/Gqφк

где Nе - номинальная мощность двигателя, кВт; η = 0,88..Д95 - КПД трансмиссии; Кзаг - коэффициент загрузки двигателя трактора (0,7 - с механической и 0,8- - с гидромеханичес­кой трансмиссией); δ - среднее значение коэф­фициента буксования при рабочем ходе (0,18 - для гусеничного трактора) ; φк - среднее значе­ние коэффициента использования сцепного веса за рабочий элемент цикла, составляющее 0,78φкmax - 0.22 при максимальном коэффици­енте сцепления по касательному усилию φкmax ≥0,45; φкmax - ускорение свободного паде­нии.

Величина максимального коэффи­циента сцепления при работе бульдо­зера и бульдозера-рыхлителя φкmax =

Средняя скорость холостого хода зависит от типа подвески ходовой сис­темы трактора и составляет υx= = 0,9= υxmax , где υxma - максималь­ная расчетная скорость заднего хода

на I или II передаче. Она не превышает как правило, 1,4...1,7 м/с при полу жесткой балансирной подвеске и 1,9... ...2,2 м/с - эластичной.

Техническая производительности рыхлителя, м³/ч

Пр = 3600 V...р. Ку Кк / Тц...р.

где Тц...р.- продолжительность цикла работы рых- лителя, с; V...р. ,= Вр hэф Sр - объем разрых­ленного грунта, м 3 ; В р - средняя ширина поло­сы разрыхления за один цикл при числе зубьев больше одного или шаг соседних борозд при рыхлении одним зубом, обеспечивающий разру шение и уборку разрыхленного грунта на эффек тивную глубину hэ ф рыхления, м; hэ ф = (0,6... ...0,8) H 0 . где H 0 - средняя оптимальная глу­бина послойного рыхления в заданных уcловиях.

Средняя оптимальная глубина ры­хления (определяющая наибольшую производительность) зависит от тяго­вого класса базового трактора, шири­ны наконечника, количества зубьев, оборудования зубьев уширнтелями. свойств грунта. При оценочных расче-. тах может быть принята H 0 =А в, где в - ширина наконечника, м; А - коэффициент, составляющей при про­дольном рыхлении твердомерзлых грунтов однозубым рыхлителем 3...5; поперечном рыхлении - 4...6.

3.6. Коэффициент использования по времени бульдозеров и бульдозеров-рыхлителей

Землеройная машина

Коэффициент Кв

Бульдозер на тракторе ДЭТ-250

Бульдозеры остальных марок Бульдозеры всех марок

Бульдозер-рыхлитель на тракторе ДЭТ-250 Бульдозеры-рыхлители остальных марок Бульдозеры-рыхлители всех марок

Разработка и перемещение нескального грунта

Перемещение разрыхленного мерзлого грунта

Перемещение взорванного скального грунта

Разравнивание грунта при отсыпке траншеи

Срезка растительного слоя Предварительная и окончательная планировка площадей, планировка от­косов откосниками

Засыпка траншей и котлованов

Рыхление мерзлого грунта

Рыхление немерзлого грунта

Ширина полосы разрыхления грунта

Bр = Кn

3.8. Разработка и перемещение грунтов буль­дозерами

где Кn - коэффициент перекрытия (для средних

условий Кn =0,75); γ - угол развала (15... 60°) в зависимости от вида разрыхляемого материа­ла, большие значения - для пластично-мерзлых грунтов, меньшие для хрупких; l - шаг зубьев, м.

Продолжительность рабочего цик­ла определяется по той же формуле, что и при бульдозерных работах.

При рыхлении участка продольно-поворотным способом из формулы ис­ключают время холостого хода, оста­новок и замедления, добавляя время на разворот tр.

Эксплуатационная производитель­ность определяется с учетом организа­ционных перерывов в работе машин за рабочую смену.

Пэ= Пт-Кв.-N,

где N - число часов работы машины в смену; Кв - коэффициент использования рабочего вре­мени (табл. 3.6); Пт - часовая техническая производительность, м 3 /ч.

В табл. 3.7 - З.1О приведены ориен­тировочные часовые выработки буль­дозеров и бульдозеров-рыхлителей, определенные исходя из норм времени, заданных ЕНиР (1988 г.) и ВНнР Минтрансстроя СССР (1987 г.) на ос­новные виды земляных работ.

3.7. Планировка площадей бульдозерами

Примечание. Слева от черты - при рабочем ходе в одном направлении; справа - при рабочем ходе в двух направлениях

Продолжение табл. 3.8

3.10. Перемещение разрыхленного грунта буль­дозерами-рыхлителями

3.9. Рыхление мерзлого грунта бульдозера­ми-рыхлителями

Глава 4. Скреперы

4.1. Область применения

Скреперы применяют в гидроме­лиоративном, автомобильном и желез­нодорожном строительстве, в горно­добывающей промышленности.

В гидромелиоративном строитель­стве скреперы разрабатывают грунт в выемках (каналах, котлованах, карь­ерах, резервах); устраивают насыпные земляные сооружения (плотины, уча­стки каналов в полунасыпях или насы­пях, дамбы); проводят вскрышные ра­боты и подготовку оснований сооруже­ний (снятие растительного слоя грун­та, удаление непригодных грунтов с площади оснований плотин); выполня­ют планировочные работы на орошае­мых землях и строительных площадках.

Особенно широко используют скре­перы на строительстве крупных кана­лов при глубине выемки более 5...7 м, а также земляных плотин из насыпно­го грунта, где этими машинами выпол­няют практически полный технологи­ческий комплекс.

При строительстве земляного по­лотна автомобильных и железных дорог скреперами снимают поверх­ностный растительный слой, отсыпают насыпи из резервов, разрабатывают выемки или карьеры с перемещением грунта в насыпь па расстояние 150... ...500 м.

В горнодобывающей промышлен­ности скреперы служат для добычи и транспортировки рыхлых пород, вскрыши карьеров строительных ма­териалов, выемки пустых пород, за-

крывающих полезные ископаемые.

Скреперы наиболее эффективно применяют в районых с малой продол­жительностью зимнего периода - в южном и среднем климатических поя­сах страны. В зимний период при глу­бине промерзания грунта примерно 0,2 м его предварительно рыхлят.

Конфигурация земляного сооруже­ния влияет на возможность его возве­дения скрепером и выбор машины определенного типоразмера. Наиболее характерные для разработки скрепе­рами выемки и котлованы имеют фор­му прямоугольника без выступов и карманов в плане, а также различные насыпи, к которым устраивают поло­гие подъездные пути.

Дальность перемещения грунта в значительной мере определяет выбор типа скрепера и вместимость его ков­ша (табл. 4.1).

Решение вопроса о выборе типо­размера скрепера для возведения кон­кретного земляного сооружения зави­сит от объема работы и определяется экономическим расчетом.

При строительстве сооружений с сосредоточенными объемами земля­ных работ 10...250 тыс. м³ целесообраз­но использовать самоходные скреперы с ковшом вместимостью 8 м 3 ; крупных линейно-протяженных сооружений с объемом более 200 тыс. м на I км (оросительные системы, каналы, пло­тины)-скреперы с ковшами вмести­мостью 10...15 м³; насыпей земляного дорожного полотна высотой до 1,5 м -

прицепные скреперы с ковшом вмести­мостью 10 м³, а при высоте свыше 1,5 м- 15 м 3 .

Разработка выемок или карьеров при строительстве дорожного полотна с перемещением грунта в насыпь на расстояние до 500 м и объеме работ на объекте до 80 тыс. м! рациональна прицепными скреперами с ковшом вместимостью 10 м 3 , а при перемеще­нии на расстояние свыше 500 м и том же объеме работ- самоходными скреперами с ковшом вместимостью 10 м 3 .

При планировке рисовых чеков ис­пользуют преимущественно прицепные скреперы с ковшом вместимостью 8 м 3 . Ввиду небольшой дальности переме­щения грунта (до 100 м) на этих рабо­тах применяют также скреперы с ков­шами вместимостью 4,5 м³. Целесооб­разно использовать прицепные скре­перы, оборудованные системой авто­матики, позволяющей значительно повысить точность планировки.

4.2. Технологические схемы производства работ

Особенности технологического цик­ла. Полный рабочий цикл скрепера включает набор грунта, его транспор­тирование, разгрузку ковша, обратный (порожний) ход.

Набор грунта характеризуется тол­щиной срезаемой стружки и длиной пути набора. Толщина срезаемой стружки зависит от типа разрабатыва-

емого грунта и силы тяги толкача (табл. 4.2)

Наиболее распространен способ наполнения ковша стружкой перемен­ного сечения, начиная от возможно толстой с постепенным уменьшением ее к концу пути набора. Это обусловли­вает постоянную загрузку двигателей скрепера и толкача в течение всего времени набора. Такой способ особен­но эффективен при работе на связных грунтах.

При планировочных работах ковш наполняют стружкой постоянной толщины.

Лучшее наполнение ковша получа­ют при разработке грунтов влажностью до 25 %. Чрезмерно сухие грунты сле­дует предварительно увлажнять. Тя­желые грунты III и IV категорий перед началом разработки скреперами рых­лят продольными полосами с помощью бульдозеров-рыхлителей параллель­ными их проходами со сдвигом, рав­ным заданному измельчению грунта. Чрезмерное измельчение грунта при рыхлении нежелательно, так как оно способствует образованию призмы во­лочения и ухудшает наполнение ковша. Рыхлить грунт рекомендуют на комья размером 10...15 см. Наибольший раз­мер комьев разрыхленного грунта не должен превышать 2/3 глубины реза­ния скрепера. Объем разрыхленного грунта должен быть не более полу­сменной нормы работающих скреперов, чтобы он не пересыхал при жаре или

ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис. 1.1), может быть установлено бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2, 4.

Рис. 1.1. Навесное оборудование бульдозера и рыхлителя

на гусеничном тракторе

Производительность бульдозера, м 3 /ч, при разработке и перемещении грунта определяется по формуле

, (1.1)

где – ширина призмы грунта впереди отвала, м;

– длина и высота отвала, м;

– угол естественного откоса грунта в движении, град;

– коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным 1-0,005L;

– дальность перемещения грунта, м;

– продолжительность цикла, с;

– время резания грунта, с;

– длина пути резания (обычно 6–15 м);

– скорость движения трактора при резании грунта, м/с;

– время перемещения грунта, с;

– путь перемещения, м;

– скорость трактора при перемещении грунта, м/с;

– время обратного хода трактора, с;

– скорость движения трактора при обратном его ходе, м/с;

– дополнительное время, с (в дополнительное время входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.);

– коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема рыхлого грунта к объему того же грунта в плотном теле (1,12 – для песчаных; 1,22 – для суглинистых; 1,3 – для глинистых грунтов).

Скорость движения трактора (табл. 1.1) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.

Таблица 1.1

Основные параметры гусеничных тракторов

Окончание табл. 1.1

Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером,

где – сопротивление грунта резанию (табл.1.2);

, (1.3)

где – длина отвала, м;

– угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;

с – толщина срезаемого слоя, м;

– коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров;

– сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала;

, (1.4)

где – угол естественного откоса грунта ();

– плотность грунта;

– ускорение свободного падения;

– коэффициент трения грунта по грунту ( = 0,4–0,8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов);

Таблица 1.2

Значение удельных сопротивлений грунта резанию, МПа

Уклон пути;

– сопротивление трению грунта по отвалу

, (1.5)

где –угол резания ();

– коэффициент трения грунта по стали ( = 0,7–0,8 для глины, = 0,5 –0,6 – для суглинка и супеси, =0,35–0,5 -для песка);

– сопротивление движению бульдозера с трактором;

, (1.6)

где – вес бульдозера с трактором;

– удельное сопротивление движению (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Удельное сопротивление движению

Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и общего сопротивления передвижению.

Производительность бульдозеров при планировочных работах, м 2 /ч,

, (1.7)

где – скорость движения бульдозера, км/ч;

– длина отвала, м;

– угол установки отвала в плане по отношению к продольной оси трактора;

– коэффициент, учитывающий перекрытие следов ( =0,8–0,85);

– число слоев планирования.

Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м 3 /ч,

, (1.8)

где – скорость движения рыхлителя, км/ч;

– глубина рыхления, м;

– ширина рыхления одним зубом ( ), причем большие значения соответствуют материалам слоистой структуры с горизонтальным расположением слоев;

– число зубьев;

– коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости ( = 0,7–0,8);

– коэффициент, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта ( = 0,6–0,8, причем меньшие значения соответствуют грунтам, образующим крупный скол, глыбы);

– число проходов по одному резу;

– число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки грунта к транспортированию.

Пример 1.1. Определить производительность бульдозера при разработке грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала =3,2 м, высота отвала = 1,3 м. Масса трактора с навесным оборудованием =17280 кг. Разрабатываемый грунт – плотный суглинок = 1700 кг/м 3 . Место работы – горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора = 90°;
– КПД трансмиссии.

Решение. Тяговое усилие, развиваемое трактором, =118 кВт (160 л.с.), =0,8 при скорости движения V=3,7 км/ч =1,03 м/с.

Сила тяги по сцеплению .При движении бульдозера по плотному грунту =0,9.

Условие движения без буксования > > .

Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при =40 , и по формуле (1.4)

Сопротивление от трения грунта по отвалу по формуле (1.5).

Сопротивление движению бульдозера по формуле (1.6)

Свободная сила тяги (запас тягового усилия) по сцепному весу

По мощности

Для дальнейших расчетов следует принимать меньшее значение. Расчетная глубина резания (толщина стружки грунта) из формулы (1.3)

.

Для разрабатываемого грунта – плотного суглинка =0,14 МПа (по табл.1.2).

В конце набора грунта

.

В начале копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, свободная сила тяги

Отвал бульдозера может быть опущен на глубину

.

Средняя толщина срезаемого слоя

.

Объем грунта в призме волочения

.

Длина участка набора грунта

.

Выбираем скорости движения на участках: набора грунта =3,7 км/ч, транспортирования =4,4 км/ч, движения задним ходом =4,96 км/ч. Продолжительность элементов цикла , где l – длина участка;

– скорость движения машины.

Продолжительность набора грунта

.

Продолжительность транспортирования грунта

.

Продолжительность движения задним ходом

.

Дополнительное время на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t 4 = 30 с. Продолжительность цикла

цикла.

Коэффициент, учитывающий потери грунта,

Производительность бульдозера по формуле (1.1)

Пример 1.2. Определить сменную производительность рыхлителя, подготавливающего грунт для дальнейшей его разработки бульдозером, и время работы бульдозера. Разрабатываемый грунт – глинистые сланцы. Число слоев рыхления , число проходов по одному резу . Базовая машина – трактор Т-100М, число рыхлительных зубьев =3, глубина рыхления =300 мм. Толщина разрабатываемого слоя h=1 м. Форма участка – квадрат. Дальность транспортирования грунта бульдозером L – длина стороны участка. Длина пути набора грунта бульдозером = 12 м. Размеры отвала =3,97 м, h =1 м.

Решение. Скорость трактора =2,36 км/ч. Ширина полосы рыхления ,для сланцев м.

Производительность рыхления по формуле (1.8)

Скорость бульдозера V=2,36 км/ч =0,66 м/с.

Время набора грунта бульдозером

Сменная производительность рыхлителя при коэффициенте использования машины в течение смены .

При толщине разрабатываемого слоя грунта H=1 м, площадь разрабатываемого участка

.

Длина стороны участка .

Время перемещения грунта на второй скорости трактора

.

Время возвращения бульдозера задним ходом

Дополнительные затраты времени .

Продолжительность цикла

Число циклов за один час работы

.

Коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании,

Производительность бульдозера

Для перемещения разрыхленного грунта потребуется

.

Скреперы

Скреперы – самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта (рис.1.2).

Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций (рис.1.3). Ковш опускается на грунт, врезается в него под действием силы трактора (тягача) или собственного двигателя и снимает слой грунта (I). Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение (II) и перемещается к месту выгрузки, которая осуществляется также на ходу путем выталкивания грунта подвижной задней стенкой ковша или путем наклона его днища, а в некоторых моделях – опрокидыванием ковша (III).

Производительность скреперов (м 3 /ч) определяют по формуле

, (1.9)

где – число циклов за 1 ч работы;

– коэффициент наполнения ковша грунтом ( =0,8– 1,2);

– коэффициент разрыхления грунта ( =1,1 –1,3);

– продолжительность цикла, с;

, (1.10)

где – соответственно время набора грунта, груженого хода, разгрузки, холостого хода, с;

– продолжительность поворота, переключения передач скоростей и другие затраты времени.

Рис. 1.2. Общий вид самоходного скрепера:

а – самоходный скрепер;

б, в, г, д – схемы соединения с тягачом;

е – скрепер с принудительной загрузкой ковша

скребковым элеватором

Рис.1.3. Цикл работы скрепера

Продолжительность каждого элемента цикла

, (1.11)

где – длина соответствующего участка, м;

– скорость движения скрепера на этом участке, м/с.

Длина участка набора грунта

, (1.12)

где – геометрическая вместимость ковша скрепера, м 3 ;

– ширина срезаемой полосы, м;

с – толщина срезаемого слоя грунта, м.

Набор грунта скрепером производится на участках длиной 12–30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5–15 м. Скорость движения скрепера зависит от возникающих сопротивлений грунтов и мощности трактора.

Наибольшее усилие, потребное для перемещения скрепера, возникает во время набора грунта. Это усилие определяется по формуле

Производительность бульдозера на землеройно-транспортных работах определяется количеством разработанного грунта в кубических метрах за единицу времени.

Техническую производительность бульдозера (м 3 /ч) определяют по формуле

где - объем призмы волочения, м 3 ; - коэффициент уклона местности; - коэффициент сохранения грунта при перемещении (= 1-0,005); - время рабочего цикла, с; - дальность перемещения грунта, м.

Значения коэффициента уклона местности приведены в табл. 2.

Для того или иного значения производительности большую роль играет количество грунта, перемещаемого отвалом за один рабочий цикл, которое характеризуется объемом призмы волочения (рис. 5).

Таблица 2

Коэффициенты уклона местности

Рис. 5.

1 - призма; 2 - отвал; 3 - боковые валики; 4 - стружка

При резании стружки грунт 4 собирается перед отвалом 2 в виде призмы 1, которая выступает на расстояние. В процессе перемещения грунта неизбежны потери в валики 3 через боковые щиты отвала. Чем больше призма волочения, тем выше производительность бульдозера.

Объем призмы волочения, м 3 , ориентировочно определяют из условия, что грунт располагается под углом естественного откоса, град.:

где - ширина отвала, м; - высота отвала, м; - коэффициент разрыхления грунта, равный 1,10-1,35 в зависимости от его плотности и влажности.

Время рабочего цикла, с, бульдозера определяют по формуле

где - длина пути резания грунта и формирования призмы волочения, = (5-7) м; - средние скорости при резании, перемещении грунта и холостом ходе, м/с; - время переключения передачи и разгона (2-5 с); - время опускания отвала (1-2 с).

Меньшее значение времени переключения принимают для гидромеханической трансмиссии, большее - для механической.

Среднюю скорость движения определяют по формуле

где - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ; - радиус ведущего колеса или звездочки, м; - передаточное отношение трансмиссии на соответствующей передаче; - коэффициент снижения скорости движения (для механической трансмиссии = 0,85-0,95, для гидромеханической = 0,7-0,8).

Эксплуатационная производительность машины определяется за час или смену работы и учитывает простои, связанные с необходимостью ежесменного технического обслуживания, возможными поломками и технологическими перерывами в работе, отдыхом машиниста.

Сменную эксплуатационную производительность (м 3 / см.) для всех видов машин определяют по формуле

где - количество часов работы в смену с учетом техобслуживания машины, отдыха машиниста, равное 6,82 ч; - коэффициент использования машины по времени, равный 0,85-0,95.

На практике эксплуатационную производительность определяют часто по объему отрытой траншеи, котлована или возведенного земляного полотна и времени, затраченному на выполнение этой работы.

Объемы грунта определяют геометрическими обмерами с помощью рулетки и рейки или маркшейдерским способом с применением теодолита и рейки.

Тогда эксплуатационную производительность машины (м 3 / ч) в плотном теле грунта находят по формуле

где - объем грунта, м 3 ; - время работы машины.

На планировочных работах производительность бульдозера определяют по площади спланированной поверхности за единицу времени и выражают в квадратных метрах на час.

Анализ приведенных формул и составляющих их элементов позволяет наметить рациональные способы работы с целью повышения производительности машины. Они должны быть направлены на сокращение рабочего цикла и увеличение объема призмы волочения.

Для уменьшения продолжительности рабочего цикла важно повышать скорость выполнения рабочих операций. Скорость рабочего хода принимают в пределах 2,5-3,5 км/ч. Она зависит от точности управления машиной (т. е. квалификации машиниста), так как в процессе формирования призмы волочения и ее перемещения машинисту приходится 15-20 раз за цикл поднимать и опускать рабочий орган, восполняя призму грунтом вместо высыпающегося через торцы отвала в боковые валики. Фактически рабочие скорости бульдозеров за счет буксования гусениц и колес составляют 2,0-2,8 км/ч. Увеличение скорости холостого хода до 5-10 км/ч позволяет существенно уменьшать время цикла. При этом важно, чтобы рабочая поверхность была возможно более ровной. Тогда обратный ход машины принесет минимум неудобств машинисту и уменьшит его утомляемость.

Для увеличения объема призмы волочения и уменьшения потерь грунта в боковые валики используют следующие рациональные способы (рис. 6).

Рис. 6.

Движение бульдозера по одному и тому же следу () позволяет образовать после двух-трех проходов боковые валики достаточной высоты. Благодаря этому уменьшаются боковые утечки грунта и объем призмы волочения сохраняется.

Траншейный способ разработки () сохраняет грунт призмы волочения, так как боковые стенки траншеи удерживают его перед отвалом. Этот способ в основном используют для земляных работ бульдозерами.

Спаренная работа двух-трех бульдозеров () способствует сохранению массы перемещаемого грунта, так как ограничивается вытеснение грунта в боковые валики между машинами. Спаренная работа требует внимания и взаимопонимания машинистов.

При работе бульдозером под уклон (угол) можно увеличить объем призмы волочения или скорость движения (). Этот способ следует чаще использовать в тех случаях, если рабочей поверхности можно придать уклон или во время отрывки котлованов при разработке грунта между ярусами.

Работа бульдозера с образованием промежуточных валов грунта также способствует уменьшению потерь грунта в боковые валики. Каждый промежуточный вал формируется из нескольких призм волочения (), а количество промежуточных валов - на единицу меньше количества дробных дальностей перемещения (т. е.). При этом потери грунта в боковые валики уменьшаются в раз. В табл. 3 приведены некоторые значения коэффициентов уменьшения потерь грунта в боковые валики.

Выбор оптимального угла резания () в зависимости от плотности и влажности грунта имеет большое значение. При работе на влажных грунтах он должен составлять 45-50є стружка грунта поднимается выше отвала, опускаясь в верхней зоне от козырька, и способствует образованию призмы волочения большего объема. Во время работы на насыпных грунтах угол резания должен составлять 60-65є.

Увеличению массы перемещаемого грунта способствует использование уширителей и удлинителей (). Дополнительное оборудование рационально применять и на планировочных работах.

Открылки, установленные на боковинах отвала, повышают объем призмы волочения и, следовательно, производительность машины ().

Таблица 3

Коэффициенты уменьшения потерь грунта в боковые валики

Дополнительное оборудование повышает эффективность машины только при разработке легких грунтов и насыпных штабелированных материалов. В противном случае перегружаются двигатель, трансмиссия и ходовая часть и снижается надежность машины.

Применение сферического отвала позволяет увеличить производительность бульдозера (рис. 7).

Рис. 7. 1 - бульдозер мощностью 275 кВт со сферическим отвалом; 2 - то же, с плоским отвалом; 3 - бульдозер мощностью 80 кВт со сферическим отвалом; 4 - то же, с плоским отвалом

Оснащение отвалов бульдозеров выступающим средним ножом дает положительные результаты. На рис. 8 показано увеличение производительности при различной дальности транспортировки грунта - мореных глин (= 6-25) - и различных конструкциях отвалов. Рациональная ширина выступающей части отвала 0,33-0,16 ширины отвала.

На малосвязных грунтах (сыпучих и переувлажненных) применение бульдозера с выступающим ножом не дает преимуществ по сравнению с обычным.

Бульдозер, оборудованный выступающим ножом, целесообразно применять при разработке связных грунтов II-V категорий, подмороженных грунтов, некоторых горных пород типа мела и известняка, а также на вскрышных карьерных работах.

Рис. 8. 1 - ножи плоские; 2 - ножи с выступающей средней частью

Большой эффект достигается при разрушении старых асфальтобетонных покрытий и особенно при устройстве лотков, траншей под дренажные трубы, сточных и нагорных канав, для устройства корыта при расширении проезжей части автомобильных дорог за счет обочин и под временные колейные пути лесовозных дорог. Применение бульдозеров с выступающим ножом можно рекомендовать для гражданского, промышленного, дорожного, гидромелиоративного строительства, в горнодобывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Важным фактором повышения производительности машин является повышение коэффициента использования машины по времени путем снижения потерь времени по организационным причинам (определение фронта работ, перемещение с объекта на объект), уменьшения простоев машин из-за поломок и неисправностей своевременным проведением профилактических мероприятий и технических обслуживаний машин.