МАШИНЫДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Землеройно-транспортные машины
Задание № 2
Тяговый расчет и производительность бульдозера.
Цель: изучение конструкции и основных технико-эксплуатационных параметров бульдозеров; освоение методики расчета сопротивлений, возникающих при работе бульдозера; определение производительности для заданных технологических условий.
Последовательность выполнения задания
1. Ознакомиться с устройством бульдозеров.
2. Заполнить в журнале таблицы исходных данных для расчета.
3. Провести тяговый расчет заданного бульдозера.
4. Рассчитать техническую и сменную эксплуатационную производительность бульдозера.
5. Выполнить контрольные задания и ответить на вопросы.
Исходные данные для выполнения работы взять в соответствии с вариантом задания (табл. 5 вариантов и табл. 2…4).
Тяговый расчет
Бульдозеры – одни из самых универсальных и применяемых машин земляных работ в любом строительстве. Они разрабатывают и транспортируют волоком грунт на расстояние до 150 м, а так же выполняют разнообразные подготовительные и вспомогательные работы. Наиболее распространенные схемы движения бульдозеров – челночная (возврат задним ходом, рис.1) и эллиптическая. Для получения максимальной производительности и эффективного использования мощности базового трактора, а так же определения режима работы бульдозера выполняют тяговые расчеты.
Для выполнения тяговых расчетов бульдозеров пользуются общим уравнением тягового баланса:
в нашем случае необходимо, чтобы
(1)
где 
- сила тяги по сцеплению; 
- сцепной вес бульдозера, равный для гусеничных машин ее весу; 
- коэффициент сцепления гусениц с грунтом; 
- сила тяги на крюке тягача; 
- суммарное сопротивления операции цикла.
Верхнее неравенство 1 определяет условие движения без буксования; нижнее - условие движения бульдозера по тяговому усилию тягача.
Для бульдозеров общего назначения с неповоротным отвалом наиболее тяжелой операцией является конечная стадия набора грунта. Суммарные сопротивления для этих условий состоят из следующих составляющих:
2.1. Набор грунта
Набор грунта в нашем случае производится на наклонном участке: в этом случае сопротивления определяются по выражению:
, кН (2)
где W 1 - сопротивление перемещению бульдозера, кН; W 2- сопротивление перемещению призмы волочения, кН; 
- сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, кН; W p- сопротивление резанию, кН.
, кН (3)
здесь f – удельное сопротивление движению; i – уклон пути.
, кН (4)
здесь 
- объемный вес плотного грунта, кН/м3; 
- коэффициент трения грунта о грунт; V - объем призмы волочения, м3.
, м3 (5)
здесь Н -высота отвала, м; 
-угол естественного откоса разрыхленного грунта призмы в движении, град;
, кН (6)
здесь α-угол резания ножом отвала, град; 
- коэффициент трения грунта о сталь.
, кН (7)
здесь К р- коэффициент сопротивление грунта резанию, МПа; L - длина отвала, м; h ср- средняя толщина срезаемой стружки, м.
В начальный период набора действует только сопротивление перемещению бульдозера, поэтому разрабатывают грунт максимально возможной по тяговым усилиям толщиной стружки, при этом используют выражение:
, м (округлить до сотых) (8)
где 
-сила тяги на крюке тягача на первой (максимальной) передаче; К - удельное сопротивление грунта резанию, МПа.
Значение h max не должно превышать максимальной величины опускания отвала в грунт h о, т. е. h max ≤ h о, (табл. 4).
В конечной стадии набора действуют все сопротивления, поэтому толщину стружки рассчитывают с использованием выражения:
, м (округлить до сотых) (9)
Если по расчету получается, что 
, то принимаем 
Среднюю толщину срезаемой стружки определяют по формуле:
, м (округлить до сотых) (10)
Длину пути набора грунта определяют по выражению:
, м (11)
где К 1- коэффициент потерь грунта при наборе. Для связных грунтов (суглинок, глина, земля) К 1=1,2; для сыпучих (песок, супесь) К 1=1,3…1,5.
Время набора грунта определяют по выражению:
, с (12)
где v I – скорость перемещения тягача при наборе на первой передаче, км/ч;
К 3 = 0,8 коэффициент замедления при трогании бульдозера с места.
2.2. Груженый ход
Транспортирование грунта в призме волоком перед отвалом осуществляют в различных условиях (в данном расчете на подъем) при этом действуют сопротивления:
, кН (13)
где 
- сопротивление перемещению бульдозера с учетом работы на подъем; 
- сопротивление перемещению призмы волочения при груженом ходе с учетом уклона и потерь грунта в боковые валки
, кН (14)
, кН (15)
здесь V cp – среднее значение объема призмы волочения, м3.
, м3 (16)
здесь V 1 – объем призмы с учетом потерь, м3.
, м3 (17)
здесь 
- коэффициент потерь грунта при груженом ходе;
(18)
здесь 
- коэффициент вида и состояния грунта; 
- длина пути груженого хода бульдозера, м.
Суммарное сопротивление при груженом ходе должно быть меньше или равно силе тяги на крюке одной из передач трактора, обычно вторая FII или третья FIII передачи. В технической характеристике тягача указаны соответствующие им скорости - 
и т.д. При этом должно соблюдаться условие:
(19)
Силу тяги на крюке для тягача с гидродинамической трансмиссией (бесступенчатое изменение скорости), определяют по графику (рис 3).
Время груженого хода определяют по выражению:
(20)
здесь 
- скорость движения во время груженого хода на выбранной передаче (обычно на 2-й или 3-й передаче)
2.3. Разгрузка грунта.
Разгрузка грунта осуществляется ровными слоями заданной толщины h p для последующего уплотнения грунта. Эта операция обычно осуществляется при скорости не более 5 км/ч, т.е. 
км/ч. Начальные условия тяговых расчетов при разгрузке идентичны груженому ходу на горизонтальном участке, без учета уклона, т.е. i =0 (формула 13).
, кН
где 
- сопротивление перемещению бульдозера (формула 14); 
- сопротивление перемещению призмы волочения (формула 15).
При выборе скорости разгрузки следует руководствоваться выражением 
(19), так как сопротивление в начальный момент разгрузки равно сопротивлению груженого хода. Не следует также забывать, что для обеспечения качественного ровного слоя грунта при разгрузке должно выполняться условие км/ч.
Путь и время разгрузки определяют по выражениям:
(21)
(22)
2.3. Холостой ход
Холостой ход осуществляется для челночной схемы на задней передаче (для нашего случая это движение под уклон) на максимальной скорости тягача 
.
Путь 
и время 
перемещения задним ходом определяют по выражениям:
(23)
(24)
Расчетпроизводительности
Эксплуатационную расчетную производительность бульдозера, как землеройно-транспортной машины цикличного действия определяют по выражению:
, м3/смену (25)
где 
- время полного цикла, с; 
- объем призмы волочения грунта в конце операции груженого хода, м3; 
- коэффициент, учитывающий уклон пути при транспортировании грунта (табл. 2); 
= 0,85 – коэффициент использования машины во времени в течение смены; 
- коэффициент разрыхления грунта (табл. 3).
Для челночной схемы:
, с (26)
где п – количество переключений передач; 
с - время одного переключения для машин с механической трансмиссией; 
с - время опускания отвала.
рис.1. Челночная схема движения бульдозера
Таблица 1. Наименование принятых обозначений и их размерность
| № п/п | Обозначение в формулах | Наименование параметров | Размерность |
| Исходные параметры | |||
| G | Вес бульдозера | кН | |
| F I …N | Сила тяги бульдозера на первой, второй и т.д. передачах | кН | |
| N | Мощность бульдозера | кВт | |
| v I …N | Скорости движения бульдозера на первой, второй и т.д. передачах | км/ч | |
| v зх | Скорость движения на задней передаче | км/ч | |
| η = 0,85 | КПД трансмиссии бульдозера | б/р | |
| L | Длина отвала | м | |
| H | Высота отвала | м | |
| α = 55 ˚ | Угол резания отвала ножом | град | |
| t п = 5c | Время переключения одной передачи | с | |
| t о = 1c | Время опускания отвала | с | |
| К вр = 0,85 | Коэффициент использования бульдозера по времени в смену | б/р | |
| Т см = 8,0 | Продолжительность машино-смены | час | |
| К 3 = 0,8 | Коэффициент замедления при трогании бульдозера с места | б/р | |
| γ | Объемный вес плотного грунта | кН/м3 | |
| К р | Удельное сопротивление грунта резанию | МПа | |
| μ | Коэффициент трения грунта о грунт | б/р | |
| μ 1 | Коэффициент трения грунта о сталь | б/р | |
| f | Удельное сопротивление бульдозера движению | б/р | |
| φ | Коэффициент сцепления гусениц бульдозера с грунтом | б/р | |
| β | Коэффициент вида и состояния грунта | б/р | |
| К р | Коэффициент разрыхления грунта | б/р | |
| φ е | Угол естественного откоса грунта в движении | град | |
| i | Уклон пути груженого хода | б/р | |
| l гх | Длина пути груженого хода | м | |
| K 1 | Коэффициент потерь грунта при наборе | б/р | |
| K п | Коэффициент потерь грунта из призмы волочения при груженом ходе | б/р | |
| Ky | Коэффициент уклона пути при транспортировании грунта | б/р | |
| h p = 0,15 | Толщина разгружаемого слоя грунта | м |
Таблица 2. Бульдозеры
| №№ п/п, | Бульдозер /трактор/ | N, кВт | G, кН | H, м | L, м | l ГХ, м | i | K y |
| 1. | ДЗ-42 /ДТ-75/ | 0,8 | 2,6 | 0,1 | 0,7 | |||
| 2. | ДЗ-54 /Т-100/ | 1,2 | 3,2 | 0,1 | 0,7 | |||
| 3. | ДЗ-52 /Т-4П/ | 0,9 | 2,9 | 0,12 | 0,6 | |||
| 4. | ДЗ-27 /Т-130/ | 1,3 | 3,2 | 0,16 | 0,6 | |||
| 5. | ДЗ-24 /Т-180/ | 1,1 | 3,3 | 0,17 | 0,5 | |||
| 6. | ДЗ-34С /ДЭТ-250/ | 1,55 | 4,5 | 0,2 | 0,5 | |||
| 7. | ДЗ-59 /Т-330/ | 1,3 | 4,9 | 0,25 | 0,45 | |||
| 8. | ДЗ-171.3/Т-170 | 1,3 | 3,22 | 0,15 | 0,45 | |||
| ДЗ-101/Т-4АП | 0,99 | 2,9 | 0,2 | 0,4 | ||||
| ДЗ-159/Т-800 | 2,43 | 5,5 | 0,25 | 0,5 |
Таблица 3. Грунтовые условия
| №№ пп | Вид грунта | γ, кН/м3 | К р | К, Мпа | μ | μ 1 | f | φ | β | φe,◦ |
| 1. | Песок | 1,08 | 0,08 | 0,7 | 0,5 | 0,15 | 0,75 | 0,005 | ||
| 2. | Супесь | 1,15 | 0,1 | 0,65 | 0,45 | 0,12 | 0,85 | 0,004 | ||
| 3. | Суглинок | 16,5 | 1,2 | 0,12 | 0,6 | 0,5 | 0,1 | 0,85 | 0,004 | |
| 4. | Глина | 17,2 | 1,3 | 0,2 | 0,8 | 0,6 | 0,08 | 0,9 | 0,003 | |
| 5. | Земля | 18,0 | 1,25 | 0,22 | 0,7 | 0,5 | 0,07 | 0.9 | 0,002 |
Таблица 4. Технические характеристики гусеничных бульдозеров
| Параметры | ДЗ-42 | ДЗ-54 | ДЗ-52 | ДЗ-271 | ДЗ-24 | ДЗ-34С | ДЗ-59 | |||||||
| Тягач | ДТ-75 | Т-100 | Т-4П | Т-130 | Т-180 | ДЭТ-250М | Т-330 | |||||||
| Мощность кВт/л.с. | 55/75 | 80/100 | 100/136 | 103/140 | 130/180 | 220/300 | 240/330 | |||||||
| Вес, кН | ||||||||||||||
| Сила тяги на крюке, кН (скорость, км/ч на передачах) | ||||||||||||||
| I | ||||||||||||||
| (4,2) | (2,36) | (3,34) | (3,2) | (2,86) | (2,3) бесступенч. | (2) бесступенч. | ||||||||
| II | 45,2 | |||||||||||||
| (5,58) | (3,78) | (5,1) | (3,8) | (5,06) | ||||||||||
| III | 45,5 | |||||||||||||
| (6,76) | (4,5) | (7,1) | (4,4) | (6,9) | ||||||||||
| IV | ||||||||||||||
| (8) | (6,45) | (8,2) | (6,4) | (9,4) | ||||||||||
| V | 22,6 | 25,2 | ||||||||||||
| (10) | (10,1) | (9,2) | (10,5) | (13,1) | (15,5) | (16) | ||||||||
| з/х | 10,5 | 13,1 | ||||||||||||
| (4,3) | (4,4) | (7) | (4,2) | (7,5) | (15,5) | (16) | ||||||||
| Отвал | ||||||||||||||
| ширина, м | 2,6 | 3,2 | 2,9 | 3,2 | 3,3 | 4,5 | 4,9 | |||||||
| высота, м | 0,8 | 1,2 | 0,9 | 1,3 | 1,1 | 1,55 | 1,3 | |||||||
| Опускание ниже опорной поверхности h о, м | 0,35 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,65 | |||||||
| Угол резания α, град | ||||||||||||||
| Параметры | ДЗ-171 | ДЗ-101 | ДЗ-159 | |||||||||||
| Тягач | Т-170 | Т-4АП | Т-800 | |||||||||||
| Мощность кВт/л.с. | 125/170 | 96/136 | 603/820 | |||||||||||
| Вес, кН | ||||||||||||||
| Сила тяги на крюке, кН (скорость, км/ч на передачах) | ||||||||||||||
| I | ||||||||||||||
| (2,86) | (3,34) 45,2 (5,1) (7,1) (8,2) 22,6 | (2) бесступенч. | ||||||||||||
| II | ||||||||||||||
| (5,06) | ||||||||||||||
| III | ||||||||||||||
| (6,9) | ||||||||||||||
| IV | ||||||||||||||
| (9,4) | ||||||||||||||
| V | 25,2 | |||||||||||||
| (13,1) | (9,2) | (12) | ||||||||||||
| з/х | 13,1 | |||||||||||||
| (7,5) | (7) | (14) | ||||||||||||
| Отвал | ||||||||||||||
| ширина, м | 3,22 | 2,9 | 5,5 | |||||||||||
| высота, м | 1,3 | 0,99 | 2,45 | |||||||||||
| Опускание ниже опорной поверхности, м | 0,5 | 0,4 | 0,8 | |||||||||||
| Угол резания, град | ||||||||||||||
Рис.3. Тяговые характеристики гусеничных тягачей
| Фамилия И.О. | |
| Группа |
Журнал задания 2