Тема: Розрахунок бульдозерів
Загальні відомості
Основне призначення бульдозера - зрізати і перемішувати грунт на невеликі відстані (від 30…50 м, іноді до 100 м) і розрівнювати його.
Бульдозери набули широке застосування на земляних роботах у дорожньому, гідротехнічному і промисловому будівництві, при видобутку корисних копалин. Їх використовують також для виконання меліоративних робіт. Так, на прокладці Північно-Кримського каналу бульдозерами було виконано більш однієї третини всіх земляних робіт.
Широке поширення цих машин пояснюється простотою їх конструкції та універсальністю. Бульдозери виконують самі різні роботи: конання грушу, його переміщення; відривку каналів; спорудження насипів; грубе планування з різанням ґрунту; планування укосів; зарівнювання і слабке ущільнення свіжовідсштаного ґрунту при русі заднім ходом; засипання траншей і котлованів; очищення території від чагарнику; зняття рослинного шару; корчування корчів; валку дерев; зведення насипів висотою до 1...3 м; переміщення ґрунту з бічних резервів; спорудження терас; переміщення сипких матеріалів на складах; розвантаження залізничних платформ при русі по платформах; очищення доріг і аеродромів від снігу.
Найбільш типові для бульдозера роботи - це копання ґрунту, його переміщення та укладання.
Потужність бульдозерів звичайно знаходиться в межах 12...184 кВт, однак відомі машини і з меншою потужністю для виконання дрібних робіт (3 кВт), і з більшою, наприклад чотирьохколісний штовхач потужністю 1200 кВт.
Бульдозер складається з гусеничного або колісного тягача, обладнаного відвалом з ножем і механізму керування, за допомогою якого можна змінювати положення відвалу по висоті.
Якщо кромка ножа знаходи-ться під прямим кутом до руху бульдозера і зміна цього кута конструкцією не передбачена, то така машина називається бульдозером з неповоротним відвалом (рис. 5.1). Якщо ж цей кут можна змінювати (звичайно до 60...65°) в обидва боки, то таку машину називають бульдозером з поворотним відвалом (рис. 5.2). Вона може переміщувати ґрунт не тільки вперед, але й у бік.
Бульдозери з поворотним відвалом, будова яких дозволяє змінити кут між кромкою ножа і горизонтальною площиною (рис. 5.3) називаються універсальними.
Вправа 5
Тяговий розрахунок і визначення продуктивності
Бульдозера
Завдання:перевірити можливість руху бульдозера без пробуксовування; визначити експлуатаційну продуктивність бульдозера.
Вихідні дані наведені у табл. 5.1.
Методика розрахунку
Умови руху бульдозера без пробуксовування (див. вправу 2)
, м,
де Рзч=Gзч×jзч - сила тяги за зчепленням, Н; Gзч - вага, яка зумовлює силу зчеплення бульдозера, Н; Gзч= Gб=9,81mб; jзч -коефіцієнт зчеплення (табл. 5.2); 
; h - тягове зусилля, яке розвиває трактор, Н; N - ефективна потужність двигуна трактора (табл. 5.3); h=0,8 - ККД машини; J - швидкість машини на першій або другій передачі (табл. 5.3); åР - сума опорів, які виникають у випадку лобового різання і транспортування ґрунту відвалом бульдозера по горизонтальній поверхні
, Н,
де 
- опір ґрунту різанню Н; k - питомий опір ґрунту різанню, МПа, для бульдозерів; k=0,06 - І група ґрунтів; k=0,09 - II група; k=0,12 - III група; F=Lh – площа поперечного перерву стружки ґрунту, м2; L - довжина відвалу бульдозера, м (див. табл. 5.1); h - глибина різання, м (див. табл. 5.1); Р2-опір переміщенню призми ґрунту перед відвалом.
Таблиця 5.1
Вихідні дані
| Варі-ант | Грунт | Базова машина | Довжи-на від-валу, L, м | Висо- та від-валу, Н, м | Глибина різання, h, м | Схил місцевості, і | Маса бульдозера, mб, кг | Примітка |
| Пісок | Т-130 | 3,20 | 1,30 | 0,50 | +0,03 | lр=6 м | ||
| Супісок | ДТ-75 | 2,52 | 0,80 | 0,15 | +0,04 | lтр=30 м | ||
| Рослинний грунт | Т-4А | 2,60 | 0,90 | 0,30 | +0,06 | lх.х=40 м |
Продовження табл. 5.1
| Гравій | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,80 | +0,02 | |||
| Легкий суглинок | Т-4А | 2,60 | 0,90 | 0,25 | +0,03 | |||
| Важкий суглинок | Т-330 | 4,80 | 1,37 | 0,55 | -0,02 | lр=7 м | ||
| Щебінь | Т-74 | 2,52 | 0,80 | 0,15 | +0,06 | lтр=40 м | ||
| М’яка глина | Т-100МЗ | 3,94 | 1,00 | 0,80 | +0,04 | lх.х=45 м | ||
| Сухий грунт | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,95 | -0,03 | |||
| Рослинний грунт | Т-130 | 3,20 | 1,30 | 0,40 | +0,05 | |||
| Супіски | Т-74 | 2,52 | 0,80 | 0,18 | +0,04 | lр=8 м | ||
| Пісок | Т-4А | 2,60 | 0,90 | 0,26 | +0,05 | lтр=50 м | ||
| Легкі суглинки | Т-100МЗ | 3,94 | 1,00 | 0,70 | +0,04 | lх.х=60 м | ||
| Гравій | ДТ-75 | 2,52 | 0,80 | 0,20 | +0,05 | |||
| Важкі суглинки | ДЕТ-250 | 4,50 | 1,20 | 0,40 | -0,01 | |||
| Щебінь | Т-74 | 2,52 | 0,80 | 0,12 | -0,03 | |||
| М’яка глина | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,90 | -0,02 | lр=9 м | ||
| Сухий грунт | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,75 | +0,05 | lтр=40 м | ||
| Щебінь | Т-130 | 3,20 | 1,30 | 0,40 | +0,06 | lх.х=50 м | ||
| Гравій | Дт-75 | 2,52 | 0,80 | 0,18 | +0,03 | |||
| Супіски | Т-4А | 2,60 | 0,90 | 0,26 | -0,03 | lр=6 м | ||
| Пісок | Т-74 | 2,52 | 0,80 | 0,15 | +0,05 | lтр=50 м | ||
| Сухий грунт | ДЕТ-250 | 4,50 | 1,20 | 0,35 | +0,03 | lх.х=60 м | ||
| Легкий суглинок | Т-130 | 3,20 | 1,30 | 0,45 | -0,02 | |||
| Рослинний грунт | Т-130 | 3,20 | 1,30 | 0,45 | -0,02 | |||
| Щебень | Т-74 | 2,52 | 0,80 | 0,20 | -0,03 | |||
| Пісок | Т-4А | 2,62 | 0,90 | 0,30 | +0,04 | |||
| М’яка глина | Т-130 | 3,20 | 0,30 | 0,40 | +0,03 | lр=70 м | ||
| Гравій | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,85 | +0,04 | lтр=30 м | ||
| Рослинний грунт | Т-180 | 3,35 | 1,38 | 0,95 | -0,02 | lх.х=60 м |
, Н,
- об’єм призми волочіння, яка утворюється при повному його заповненні; Н - висота відвалу, м (див. табл. 5.1) значення коефіцієнта kпр залежно від відношення H/L і виду ґрунту наведені у табл. 5.2; Ігр - щільність ґрунту, кг/м3; kр - коефіцієнт розпушення ґрунту; m - коефіцієнт тертя ґрунту об грунт (табл. 5.4);
Р3 - опір переміщенню ґрунту вверх по відвалу
, Н,
m2 - коефіцієнт тертя ґрунту об поверхню відвалу (табл. 5.4); a=35...50° - кут різання; Р4- опір переміщенню бульдозера по місцевості
, Н,
f - коефіцієнт опору переміщенню рушія (беруть із табл. 5.2); і - нахил місцевості; Р5- опір, який виникає на ділянці затуплення ножа відвалу
, Н,
Рпт - питомий опір від затуплення, який залежить від ширини ділянки затуплення ножа відвалу і групи ґрунту (табл. 5.5).
Таблиця 5.2
Коефіцієнти опору переміщенню рушія f, зчеплення jзч i kпр
| Вид грунта | f | jзч | kпр при Н/L | ||||
| 0,15 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | |||
| Зв’язний | 0,06…0,07 | 0,8…0,9 | 0,70 | 0,80 | 0,85 | 0,90 | 0,95 |
| Незв’язний | 0,1…0,12 | 0,5…0,7 | 1,15 | 1,20 | 1,25 | 1,30 | 1,50 |
Далі, користуючись формулою для умови руху, треба перевірити, чи можливе переміщення бульдозера без пробуксовування
Таблиця 5.3
Технічні характеристики базових тракторів
| Показник | ДТ-75 | Т-74- С9 | Т-4А | Т-100МЗ | Т-130 | Т-180 | ДЕТ-250 | Т-150К | Т-220 |
| Потужність двигуна, кН | |||||||||
| Тяговий клас, кН |
Продовження табл. 5.3
| Швидкість руху, км/год | |||||||||
| вперед | 5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67 | 2,14… 10,6 | 3,74; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52 | 2,36; 3,78; 4,51; 6,45; 10,15 | 3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2 | 2,86% 5,06; 6,9; 9,46; 13,09 | Робоча 2,3… 15 Транс-портна 0,8 3,5… 24,5 | 8,53; 11,40; 13,38; 18,55 | 10,08; 17,6 |
| назад | 3,42… 4,28 | 1,76 … 5,85 | 4,96; 5,47; 6,34; 7,04 | 2,79; 4,46; 5,34; 7,16 | 3,56; 4,96; 7,14; 9,9 | 3,21 … 8,19 | 3,15 … 24,5 | 0… 14,6; 24,90; 29,12 | |
| Габаритні розміри, м: | |||||||||
| довжина | |||||||||
| ширина | |||||||||
| висота | |||||||||
| Маса трактора, т | 5,6 | 5,9 | 12,1 | 14,35 | 7,4 |
Таблиця 5.4
Фізико-механічні властивості ґрунтів
| Грунт | Група грунту | lгр, кг/м3 | kр | m1 | m2 |
| Пісок | І | 1,1 | 0,53…0,62 | 0,27…0,60 | |
| Супісок | І | 1,2 | 0,53…0,62 | 0,27…0,60 | |
| Рослинний грунт | І | 1,15 | 0,53…0,70 | 0,30…0,42 | |
| Гравій розміром 80…90 мм | І | 1,15 | 0,70…0,84 | 0,40…0,65 | |
| Легкі суглинки з вкрапленням щебеню | ІІ | 1,2 | 0,84..1,20 | 0,50…0,70 | |
| Важкі суглинки без вкраплень | ІІІ | 1,3 | 0,84…1,20 | 0,50…0,70 | |
| Щебень розміром більше 80 мм | ІІ | 1,2 | 0,84…1,00 | 0,34…0,70 | |
| М’яка глина | ІІІ | 19,50 | 1,2 | 0,84…1,20 | 0,50…0,70 |
| Сухий грунт | ІІІ | 1,1 | 0,53…0,70 | 0,30…0,42 |
Таблиця 5.5
Питомий опір від затуплення ножа відвалу
| Ширина ділянки затуплення, мм | Група грунту | ||
| І | ІІ | ІІІ | |
| 60…120 250…400 450…700 | 150…250 500…700 600…1000 | 400…500 800…1000 1100…1300 |
Експлуатаційна продуктивність бульдозера за годину, м3/год.
, м3/год.,
де kсх - коефіцієнт, який враховує вплив схилу на продуктивність kч=0,75...0,80 - коефіцієнт використання бульдозера за часом; tц - тривалість робочого циклу бульдозера
, с,
де lр, lгр, lх.х - відповідно довжини різання, переміщення ґрунту та холостого ходу машини, м (див. табл. 5.1); Jр, Jгр, Jх.х - швидкості відповідно руху бульдозера під час різання ґрунту, переміщення і зворотного ходу, км/год.; tп=40...50 с; tпов=10...12 с; t0=1...2 с - відповідно тривалість переключення передач, повороту та опускання відвалу.
Швидкості окремих операцій робочого циклу становлять, км/год.: 2,5...4,0 - під час різання; 2,5...5,0 - під час транспортування ґрунту; 5,8...8,0 - під час холостого ходу. Користуючись вказаними даними і даними табл. 5.3 згідно з варіантом завдання вибирають швидкості для обчислення робочого циклу бульдозера.
Практична робота №6