Определение основных эксплуатационных показателей бульдозеров
Практическая работа 1
Тема:“ Определение основных параметров землеройно-транспортных машин ”
Цель: По исходным данным приобрести практические навыки в определении основных параметров землеройно-транспортных машин.
Место проведения: Аудитория №14.
Литература:
1 С.А.Соломонов «Машины и механизмы для путевого хозяйства» М.;Транспорт. 1984 г.
2 С.А. Соломонов «Путевые машины» М.; Транспорт 2000 г.
3 А.В. Раннев и др. «Строительные машины» М.: Транспорт, 2002.
Учебные вопросы:
- Краткие сведения о землеройно-транспортных машинах.
- Определение основных параметров землеройно-транспортных машин.
Основу парка землеройных машин в строительном производстве и горнодобывающей промышленности составляют бульдозеры. На них приходится более 40% всех объемов земляных работ в стране и до 90% вскрышных работ в горнорудной промышленности.
Бульдозеры послойно разрабатывают и перемещают немерзлые грунты с предварительным рыхлением. Установка на бульдозерах заднего рыхлительного оборудования позволяет эффективно разрабатывать прочные разборно-скальные грунты, характеризуемые скоростью прохождения звуковой волны до 3 км/ч, и низкотемпературные мерзлые грунты ( до -15…25°С ), в том числе в условия зон холодного климата. Экономически выгодная дальность перемещения грунта бульдозером составляет 15…70 м в зависимости от мощности трактора, достигая 180 м при работе наиболее тяжелых машин в горнодобывающей промышленности.
Бульдозеры и бульдозеры с рыхлителями занимают доминирующее положение при строительстве земляных сооружений, устройстве выемок, возведений насыпей, планировке площадок, разработке и засыпке траншей и котлованов, расчистке площадок от растительности и дорог от снега, применяются в качестве толкачей при загрузке скреперов и на рыхлительных работах. Их широкому распространению способствуют высокая производительность, универсальность, маневренность, мобильность, автономность, простота конструкции рабочего оборудования, надежность в эксплуатации.
Агрегатирование бульдозеров с задним рабочим оборудованием экскаваторов, траншеекопателей, буровых машин, фрезерных, диско-фрезерных, бурильно-крановых машин позволяет расширять их специализацию, функциональные возможности и область эффективного использования ( рис. 1.70 а-е ).
Бульдозеры и бульдозеры с рыхлителями принято классифицировать по номинальному тяговому усилию и ходовым системам базовых тракторов, назначению, конструктивным особенностям навесного оборудования.
Основным классификационным параметром, связанным с массой трактора и непосредственно определяющим остальные технико-экономические показатели бульдозеров и бульдозеров с рыхлителями, является номинальное тяговое усилие, по которому различают: бульдозеры очень легкие ( малогабаритные ) – номинальное тяговое усилие до 25 кН, легкие – 25…135 кН, средние – 135…200 кН, тяжелые – 200…350 кН и сверхтяжелые – свыше 350 кН.
Соответственно модели гусеничных бульдозеров, освоенных промышленностью, преимущественно определены по тяговым классам тракторов типоразмерным рядом: 3, 4, 6, 10, 15, 25, 35, 50, 75 и 100, охватывающим бульдозеры с номинальным тяговым усилием трактора 30…1000 кН и бульдозеры с рыхлителями – 100…1000 кН.
По типу ходовой системы ( типу двигателя) различают бульдозеры и бульдозеры с рыхлителями гусеничные и пневмоколесные. Гусеничные машины получили преимущественное распространение благодаря низкому давлению на грунт в сочетании с реализацией значительных тяговых усилий и высоких сцепных свойств ходовых систем. Колесные машины получили признание в том случае, если определяющими в работе являются транспортные скорости и мобильность.
Различают бульдозеры общего, специального и многоцелевого назначения. Бульдозеры общего назначения приспособлены для выполнения землеройно-транспортных и планировочных работ в различных грунтовых условиях при температуре окружающего воздуха +40… - 40°С.
Бульдозеры специального назначения обеспечивают выполнение узкоспециализированных работ определенного вида: чистку снега, сгребание торфа, разработку сыпучих материалов, толкание скреперов при загрузке, проведение подземных и подводных работ. Они могут быть оборудованы специальными толкающими отвалами активного и газодинамического действия, иметь санное дополнительное оборудование. Различают также специальные бульдозеры для работы в экстремальных условиях: в радиационно опасных и загазованных местах, на грунтах с пониженной несущей способностью, а также при низких (до -60°С) и высоких (до +60°С) температурах окружающего воздуха.
Бульдозеры многоцелевого назначения наряду с выполнением традиционных землеройно0транспортных работ используются для разработки и засыпки узкопрофильных траншей, каналов, скважин, проведения земляных работ на мерзлых грунтах, погрузочно-разгрузочные работы. В этом случае бульдозерное оборудование агрегатируют с задним оборудованием экскаватора, рыхлителя, каналокопателя, бурильно-крановой машины или используют в наборе рабочих органов.
По способу установки рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалами. Бульдозер с неповоротным отвалом имеет неизменяемое положение рабочего органа, перпендикулярное к продольной оси трактора, у бульдозера с поворотным отвалом рабочий орган может быть установлен под углом в обе стороны к оси трактора. Оба типа бульдозером могут быть оборудованы механизмом перекоса отвала.
По типу отвала подразделяют бульдозеры с прямым, полусферическим, сферическим и специальным (угольным, для сыпучих материалов, с толкающей плитой, с амортизаторами и т.п.) отвалом. По приводу рабочего оборудования различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. Все современные бульдозеры оснащают гидрофицированным управлением подъема-опускания отвала, а тяжелые бульдозеры: - также гидроперекосом отвала. Бульдозеры с рыхлителями различают общего и специального назначения. Машины общего назначения служат для раработки и транспортирования мерзлых и разборно-скальных грунтов, которые не могут разрабатывать обычные землеройные машины без предварительного рыхления. Бульдозеры с рыхлителями специального назначения в однозубом исполнении обеспечивают глубокое рыхление грунтов ( более 1,5…2,0 м ) при разработке траншей под магистральные трубопроводы и укладку кабеля; в многозубом исполнении используют в технологических схемах горных работ, требующих послойного рыхления вдоль уступов боковыми зубьями, установленными с шириной захвата, равной ширине бульдозерного отвала. По виду навески различают трехзвенные, четырехзвенные ( параллелограмные и многозвенные рыхлители; с регулируемый и нерегулируемый углом рыхления: с изменяемым шагом зубьев. Одно из наиболее прогрессивных направлений связано с созданием четырехзвенных и многозвенных рыхлителей с регулируемыми углом рыхления и траекторией заглубления. По числу зубьев различают однозубые и многозубые рыхлители. Однозубые рыхлители предназначены для разработки особо прочных материалов и могут использоваться также для специальных работ. Многозубые рыхлители содержат в комплекте три зуба. По способу крепления подразделяют рыхлители с жестким и шарнирным крепление зубьев. При жестком креплении исключается возможность поворота зуба в горизонтальной плоскости относительно продольной оси рыхлителя. Шарнирное крепления обеспечивает возможность поворота зуба в горизонтальной плоскости относительно продольной оси рыхлителя.
Конструкция бульдозеров
Бульдозер состоит из трактора и бульдозерного оборудования, содержащего рабочий орган – отвал криволинейного профиля, установленный впереди трактора, толкающую раму или толкающие брусья, элементы крепления оборудования к трактору, агрегаты гидропривода.В качестве базовых для агрегатирования с бульдозерным оборудованием используют гусеничные (Т-130, Т-170, Т-180, ДЭТ-250М2, Т-330, Т-25.01, Т-500, Т-800) и колесные (К-702) промышленные тракторы общего назначения или промышленные модификации сельскохозяйственных колесных (МТЗ-80/82) и гусеничных (ДТ-75) тракторов. Последние оборудуют реверсивными редукторами (для рационального преобразования тягово-скоростных показателей машины), усиливают несущую раму, подводят к передней части трактора трубопроводы гидропривода и вводят присоединительные элементы для гидроцилиндров подъема-опускания рабочего оборудования.
Одноковшовые экскаваторы – землеройные машины цикличного действия – бывают универсальными и специальными. Универсальные экскаваторы оснащены различным сменным оборудованием для выполнения земляных, планировочных работ, монтажных сваебойных и других строительных работ.Специальные экскаваторы оснащены только одним видом рабочего оборудования для земляных или погрузочных работ.
По назначению одноковшовые экскаваторы подразделяют на следующие основные группы:
строительные и строительно-карьерные ( масса машины 2…250 т, вместимость ковша 0,1…6 м3 ) – универсальные машины для выполнения многих строительных работ;
карьерные ( масса машины 75…1000 т, вместимость ковша 2…20 м3 ) – в основном для разборки тяжелого грунта в карьерах и гидротехническом строительстве с погрузкой в транспортные средства;
вскрышные ( масса машины 170…13000 т, вместимость ковша 4…160 м3 ) – для выемки грунтов, закрывающих полезные ископаемые, или на открытых горных работах и в гидротехническом строительстве;
туннельные и шахтные с укороченным рабочим оборудованием ( масса машины 16…30 т, вместимость ковша 0,5…1 м3 ) – для работы под землей при строительстве различных инженерных сооружений и разработке полезных ископаемых.
В настоящем справочнике рассмотрены только универсальные одноковшовые экскаваторы, которые классифицируют по числу установленных двигателей, типу привода, возможности вращения поворотной части, конструкции ходового устройства и видам рабочего оборудования.
По числу установленных двигателей экскаваторы бывают одномоторные и многомоторные.
Одномоторными называют экскаваторы, у которых все рабочие механизмы приводятся одним или несколькими двигателями, работающими на один вал.
Многомоторным называют экскаватор, у которого рабочие механизмы приводятся несколькими независимо работающими двигателями. Многомоторный экскаватор, у которого каждый механизм приводится от отдельного двигателя, называют экскаваторы с индивидуальным приводом механизма, а многомоторный экскаватор, у которого каждый из двигателей приводит в движение несколько рабочих механизмов, - экскаватором с групповым приводом. В многомоторных экскаваторе с индивидуально-групповым приводом используют как индивидуальный, так и групповой привод.
По типу привода различают экскаваторы с механическим, гидромеханическим, гидравлическим, электрическим и смешанным приводами.
Экскаватор с механическим приводом характерен применением только механической трансмиссии, в которой движение от силовой установки передается с помощью зубчатых цепных, клиноременных или канатных передач.
Если в механическую трансмиссию экскаватора включают гидродинамическую передачу, то такой тип привода называют гидродинамическим. В гидродинамической передаче используют гидромуфты или гидротрансформаторы, встраиваемые между силовой установкой и механическими передачами.
В объемном гидроприводе первичным потребителем энергии являются насосы ( один или несколько ), нагнетающие жидкость под давлением по гидросети к гидродвигателями, от которых приводятся в движение рабочее оборудование, рабочий орган и механизмы экскаватора. Объемные передачи в экскаваторах применяют как в сочетании с механическими передачами, так и без них.
При электрическом приводе передача энергии от силовой установки к механизмам машины производится как электрическим, так и механическим способом. В электродинамической передаче вместо гидромуфт или гидротрансформаторов устанавливают электромуфты.
В смешанных приводах используют два или три типа различных передач. На большинстве экскаваторов получили распространение смешанные электромеханические или гидромеханические передачи.
По возможности вращения поворотной части ( платформы ) экскаваторы бывают, полноповоротными, т.е. с платформой, вращающейся вокруг вертикальной оси на неограниченный угол, и неполноповоротными, т.е. с ограниченным углом поворота.
По типу ходового устройства ( рис. 1.3 ) экскаваторы разделяют на гусеничные, пневмоколесные, на специальном шасси, на базе самоходной машины. Гусеничные ходовые устройства бывают с минимально допускаемой площадью опорной поверхности гусениц ( для работы на грунтах с высокой несущей способностью ) и с увеличенной поверхностью гусениц ( для работы на грунтах с низкой несущей способностью ).
Пневмоколесным называют экскаватор на колесном ходовом устройстве, который имеет практически такую же поворотную часть, как и гусеничный.
К экскаваторам на специальном шасси относят машины на колесном ходовом устройстве автомобильного типа.
Экскаватор на базе самоходной машины имеет ходовое устройство на базе трактора или автомобиля. В этом случае экскаватор называют также навесным.
По типу подвески рабочего оборудования ( рис. 1.4 ) различают экскаваторы с гибкой подвеской, т.е. с гибкими элементами, преимущественно канатами для удержания и приведения в действие рабочего оборудования, и с жесткой подвеской, т.е. с жесткими элементами, преимущественно гидравлическими цилиндрами.
Основные виды и исполнения рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов. Для разработки грунта выше уровня стоянки предназначена прямая лопата с укрепленным на рукояти ковшом, копающим в направлении от экскаватора. Различают маятниковую и напорную прямые лопаты. У маятниковой прямой лопаты рукоять совершает только маятниковое движение относительно стрелы. Напорная прямая лопата оснащена приводным устройством для напорного движения рукояти. К напорным относится также прямая лопата со створчатым ковшом, которая может разрабатывать грунт при смыкании створок ковша, поворачивающихся в плоскости, перпендикулярной к плоскости поворота рукояти.
Для разработки грунта ниже уровня стоянки предназначена обратная лопата с укрепленным на рукояти ковшом, копающим в направлении к экскаватору. Для работы в стесненных условиях используют боковую обратную лопату с ковшом, копающим в вертикальной плоскости, смещенной относительно поворотной платформы или относительно продольной оси базовой машины. Рабочее оборудование, из узлов которого может быть смонтирована прямая или обратная лопата, называют универсальной лопатой.
Для погрузки сыпучих и кусковых материалов предназначено погрузочное оборудование с поворотным ковшом, заполняемым при его движении от экскаватора.
Для послойной разработки грунта в различных плоскостях применяют планировочное оборудование с ковшом или ножом.
Для планировочных работ используют также землеройно-планировочное рабочее оборудование с рабочим органом, укрепленным на стреле, изменяющей при работе свою длину и поворачивающейся в вертикальной плоскости относительно поворотной части экскаватора, а также относительно своей продольной оси.
Для работы в стесненных условиях предназначено землеройно-планировочное оборудование с шарнирной опорой стрелы, смещаемой при работе поперек поворотной части.
При большой глубине копания грунт ниже уровня стоянки разрабатывают драглайном с помощью ковша, подвешенного на канатах и копающего в вертикальной плоскости в направлении к экскаватору. Каналы очищают боковым драглайном с ковшом, подвешенным на канатах и копающим под углом к вертикальной плоскости стрелы.
Погрузочные и разгрузочные операции с сыпучими грунтами и дроблеными породами, а также копание колодцев с вертикальными стенками, очистку прудов и каналов выполняют грейфером, снабженным захватывающим ковшом. Ковш грейфера может быть подвешен на канатах и тогда усилие напора ковша на грунт создается весом ковша. У гидравлического экскаватора ковш грейфера шарнирно подвешен к одному из жестких элементов рабочего оборудования, и усилие напора на грунт создается специальным приводным устройством.
Для рыхления прочных и мерзлых грунтов вместо ковша обратной лопаты гидравлического экскаватора устанавливают гидромолот. С помощью кранового оборудования , устанавливаемого на экскаваторах вместо землеройного оборудования, выполняют перегрузочные и монтажные работы. Для забивки свай на экскаватор устанавливают копер .
Для разработки глубоких выемок при строительстве подземных инженерных сооружений способом «стена в грунте» предназначен напорный грейфер на телескопической штанге большой длины. Существуют более сорока наименований сменного рабочего оборудования.
Таким образом, одноковшовые строительные экскаваторы являются универсальными машинами многоцелевого назначения, которые имеют весьма широкое применение при выполнении самых различных работ в строительстве и других отраслях народного хозяйства.
Основные параметры. К основным параметрам одноковшовых экскаваторов относятся эксплуатационная масса, вместимость ковша, мощность силовой установки, продолжительность рабочего цикла, производительность, рабочие размеры при различных видах рабочего оборудования. Экскаваторы подразделяют на размерные группы.
Эксплуатационная масса экскаватора – масса машины с рабочим оборудованием, противовесом и полной заправкой горючесмазочными материалами, рабочей ( для гидравлических систем ) и охлаждающей ( для двигателей ) жидкостью. Конструктивную массу экскаватора определяют, исключая заправку.
Геометрическую вместимость ковша – ограниченный объем между внутренними поверхностями стенок, днища и поверхностью, образованной перемещением прямой, перпендикулярной к продольной плоскости ковша, по профилю открытых его сторон. Различают также номинальную вместимость ковша, которая равна сумме геометрической вместимости ковша и дополнительного объема разрыхленного грунта, удерживающегося над открытой поверхностью ковша.
Мощность силовой установки – мощность устанавливаемого на машине двигателя внутреннего сгорания или питаемого от внешней электросети электродвигателя ( одного или нескольких ).Рабочий процесс экскаватора включает в себя рабочий цикл и передвижение машины на новую стоянку. Рабочий цикл состоит из пяти основных операций: копание грунта, перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки путем вращения поворотной платформы с рабочим оборудованием, разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортное средство, поворот платформы с порожним ковшом к забою, опускание и установка ковша для следующего копания. Время выполнения всех этих операций называют продолжительностью рабочего цикла. Для ее сокращения обычно четвертую и пятую операции совмещают, а при работе в отвал – вторую и третью.
Производительность экскаватора ( теоретическая ) – произведение вместимости ковша на максимально возможное число рабочих циклов, выполняемых экскаватором за час работы. Чем меньше продолжительность цикла, тем выше производительность экскаватора.
Чётные варианты по списку выполняют определение основных эксплуатационных показателей бульдозеров.
Нечётные варианты по списку выполняют определение основных эксплуатационных показателей одноковшовых экскаваторов
Ход работы
Определение основных эксплуатационных показателей бульдозеров.
1.1 Определяем эксплуатационную массу трактора
GH=(1,03…1,18)Gk , (1)
где Gk=14,1 конструктивная масса трактора 6 т.
GH=(1,03…1,18)∙14,1=14,5…16,6 т
Принимаем GH=15 т.
1.2 Определяем эксплуатационную массу бульдозера
Gб=(1,2…1,25)GH , (2)
Gб=(1,2…1,25)15=18…18,75 т
бульдозера с рыхлителем
Gбр=(1,4…1,5)GH
Gбр=(1,4…1,5)15=21…22,5 т
Принимаем Gб=18,3 т; Gбр=22 т.
1.3 Определяем эксплуатационную мощность двигателя трактора с навесным оборудованием
Nc=Nуд∙Gбк , (3)
где Nуд – 7,1…7,4 кВт –энергонасыщенность для бульдозеров;
6,4…6,7 кВт – энергонасыщенность для бульдозеров с одно или
многозубыми рыхлителями;
Gб k – без дополнительного сменного оборудования.
Gбк=1,26Gk=1,2∙14,1=16,9 т
Nc=(7,1…7,4)∙16,9=119,9…125 кВт/т
Принимаем 122 кВт/т
Nc=(6,4…6,7)∙20=128…134 кВт/т
Принимаем 131 кВт/т
1.4 Определяем номинальное тяговое усилие Pн
Pн=Gygℓкр.н , (4)
где g – ускорение свободного падения 9,81 Нм/с;
ℓкр.н – коэффициент использования сцепного веса 0,57.
Pн=15∙9,81∙0,57=83,8 Н/т
1.5 Определяем техническую производительность бульдозера (м3/ч)
Пт= 
, (5)
где Vc=0,5 BH2стд. ℓ0/Rp – объем призмы волочения грунта отвалом 5,69 (м3) ;
ℓ0 – угол естественного откоса перемещаемого материала
ℓ0=30º стд 30º=1,73;
Rp – коэффициент рыхления грунта ( 1,88 );
Rk – коэффициент учета квалификации машиниста ( 0,65 );
Ry – коэффициент учета влияния уклона местности ( 0,7 );
Rc – коэффициент сохранения грунта при транспортировке.
Rc=1-0,005Sпер (6)
Rc=1-0,005∙0,7=0,9
1.5.1 Определяем продолжительность рабочего цикла при работе бульдозера ( с )
Тц.б.=3,6Sp/Vp+3,6Sx/Vx+tост+3, (7)
где Sp и Sx - длина рабочего и холостого ходов;
tост – время остановок в начале и конце рабочего хода tост=7 c;
3c – время разгона и замедления при откате;
Vp и Vx – средние скорости рабочего и холостого ходов км/ч.
1.5.2 Определяем среднюю скорость рабочего хода трактора с оборудованием (км/ч)
Vp=3,6NcηRзаг(1-δ)/(gGkℓk) , (8)
где η – к.п.д. трансмиссии η=0,88…0,95;
Rзаг – коэффициент загрузки двигателя трактора ( 0,7 );
δ – среднее значение коэффициента буксования при рабочем ходе (0,18);
ℓк – среднее значение коэффициента использования сцепного веса за рабочий цикл
( 0,1 ).
Vp=3,6∙122∙0,91∙0,7(1 – 0,18)/(9,81∙14,1∙0,1)=16,6 км/ч
Тц.б.=12,4 с
Пт=676,4 м3/ч