Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫРЕЗАНИЯ ГРУНТА
БУЛЬДОЗЕРОМ
Цель работы:
Рассчитать максимальную силу резания P грунта ножом бульдозера при отделении стружки заданной толщины.
Содержание работы
1) При изучении сведений о способах расчета сил резания обращаем внимание на пространственный характер взаимодействия ножа с грунтом и на большое влияние затупления и износа ножей на сопротивление грунта резанию. Необходимо твердо усвоить смысл и обозначения величин, входящих в расчетные формулы.
2) Для расчета необходимо вычертить схемы положения отвала с обозначением размеров среза (рис. 1.1); приложения среднемаксимальных сил резания (рис. 1.2).
3) Выбирая формулу для расчета, следует иметь в виду, что режущая часть отвала бульдозера — простой нож, отделяющий стружку.
Поэтому расчет можно вести по формуле:
(1.1)
или
(1.2)
Однако в связи с тем, что по заданию известен только один параметр крепости грунта mсв, для расчета следует использовать формулу ориентировочного определения силы резания, которая для простого ножа с затупленной режущей кромкой приобретает вид:
(1.3)
или
(1.4)
где: 
— площадь центральной части среза;
— площадь боковых расширений среза;
— длина среза боковыми ребрами ножа; 
— длина затупленной режущей кромки (т.е. длина отвала).
Рис. 1.1. Схема положения отвала и размеры среза
Рис. 1.2. Схема приложения силы резания
4) Коэффициент влияния угла резания j принимаем по табл. 1.1 в соответствии с величиной угла резания d (табл. 1.2).
Таблица 1.1. Коэффициент влияния угла резания
| Угол резания d, град | Коэффициент j |
| 37,5 | 0,78 |
| 0,85 | |
| 42,5 | 0,93 |
| 1,00 | |
| 47,5 | 1,13 |
| 1,35 | |
| 52,5 | 1,53 |
| 1,70 | |
| 57,5 | 1,88 |
| 2,05 |
Таблица 1.2. Технические характеристики бульдозеров
|
|
| Показатели | ДЗ-37 | ДЗ-29 | ДЗ-54С | ДЗ-27С | ДЗ-9Б |
| Длина отвала, L, мм | |||||
| Высота отвала, H, мм | |||||
| Угол резания, d, град | 50-60 | 50-60 | 50-60 | ||
| Тип отвала | Н е п о в о р о т н ы й | ||||
| Управление | Г и д р а в л и ч е с к о е | Канатн | |||
| Тип тягача | Колесный | Г у с е н и ч н ы й | |||
| Марка тягача | МТЗ-52 | Т-74 | Т-100М | Т-130 | Т-180 |
| Мощность, Nдв л.с. | |||||
| Скорость на передачах, V, км/ч: | |||||
| 1-й | 1.56 | 4.51 | 2.36 | 3.17 | 2.86 |
| 2-й | 2.65 | 5.32 | 3.78 | 3.77 | 4.62 |
| 3-й | 5.60 | 6.53 | 4.51 | 4.39 | 6.37 |
| 4-й | 6.85 | 8.01 | 6.45 | 5.22 | 8.66 |
| 5-й | 8.15 | 9.46 | 10.13 | 6.37 | 11.96 |
| Тяговое усилие на передачах, T, кН | |||||
| 1-й | 33,5 | ||||
| 2-й | 27,6 | ||||
| 3-й | 21,6 | ||||
| 4-й | 18,2 | ||||
| 5-й | 11,5 | 14,1 | |||
| Масса оборудования бульдозера, кг | |||||
| Масса всего бульдозера, кг |
Числовые значения коэффициентов hбок и hбок.ср принимаем:
· для грунтов 1-й и 2-й категории – 0,36 и 13,7;
· для грунтов 3-й и 4-й категории – 0,52 и 76,0 соответственно.
Значение коэффициента hзат определяем по табл. 1.3 в соответствии с радиусом затупления ножа R по заданию.
В случае отсутствия в табл. 1.3 нужной толщины среза h, величину hзат / R определяем, применив линейную интерполяцию.
Таблица 1.3. К определению коэффициента, характеризующего влияние затупления режущей кромки
| Глубина резания h, см | Отношение hзат / R |
| 0,240 | |
| 0,158 | |
| 0,127 | |
| 0,109 | |
| 0,096 | |
| 0,072 | |
| 0,061 | |
| 0,054 | |
| 0,049 | |
| 0,045 | |
| 0,042 | |
| 0,040 |
|
|
Порядок выполнения работы
1. Изучить и усвоить сведения о способах расчета силы резания грунта.
2. Вычертить расчетные схемы (рис. 1.1, 1.2). На схемах указать размеры и величины по заданию (табл. 1.4).
3. Написать общую расчетную формулу с объяснением составляющих ее величин.
4. Определить числовые значения величин, входящих в расчетную формулу.
5. Вычислить среднемаксимальную силу резания Р.
6. Законченная работа с приложением необходимых схем сдается преподавателю.
Если полученное усилие резания Р больше тягового усилия бульдозера T1 на 1-й передаче (P > T1), определить возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (T1 = P).
Таблица 1.4. Исходные данные
| Вариант | Марка бульдозера | Толщина среза, h, см | mсв, Н/см2 | Радиус затупления R, мм | Грунт | Категория грунта |
| ДЗ-37 | 9 | 15 | 3 | Тяжелый суглинок | 2 | |
| ДЗ-37 | 10 | 12 | 5 | Глина | 3 | |
| ДЗ-37 | 11 | 10 | 4 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-37 | 12 | 7 | 3 | Лессовидный суглинок | 2 | |
| ДЗ-37 | 13 | 5 | 2 | Песок мелкозернистый белый | 1 | |
| ДЗ-29 | 10 | 12 | 5 | Тяжелый суглинок | 2 | |
| ДЗ-29 | 12 | 11 | 4 | Глина | 3 | |
| ДЗ-29 | 13 | 10 | 4 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-29 | 14 | 7 | 3 | Лессовидный суглинок | 2 | |
| ДЗ-29 | 15 | 5 | 2 | Песок среднезернистый | 1 | |
| ДЗ-54С | 10 | 16 | 4 | Аргиллит | 3 | |
| ДЗ-54С | 12 | 14 | 5 | Глина | 3 | |
| ДЗ-54С | 14 | 12 | 4 | Глина ябл-зеленая комковая | 3 | |
| ДЗ-54С | 16 | 10 | 3 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-54С | 18 | 8 | 2 | Лессовидный суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 9 | 15 | 5 | Серо-зеленая мергельная глина | 3 | |
| ДЗ-27С | 11 | 13 | 4 | Глина | 3 | |
| ДЗ-27С | 13 | 11 | 3 | Тяжелый суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 15 | 9 | 3 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 17 | 7 | 2 | Лессовидный суглинок | 2 | |
| ДЗ-9Б | 10 | 16 | 5 | Серо-зелен. мергельная глина | 3 | |
| ДЗ-9Б | 12 | 14 | 4 | Тяжелый суглинок | 2 | |
| ДЗ-9Б | 14 | 12 | 4 | Глина ябл-зеленая комковая | 3 | |
| ДЗ-9Б | 16 | 10 | 3 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-9Б | 18 | 8 | 2 | Лессовидный суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 9 | 15 | 5 | Серо-зеленая мергельная глина | 3 | |
| ДЗ-27С | 11 | 13 | 4 | Глина | 3 | |
| ДЗ-27С | 13 | 11 | 3 | Тяжелый суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 15 | 9 | 3 | Суглинок | 2 | |
| ДЗ-27С | 17 | 7 | 2 | Лессовидный суглинок | 2 |
Пример расчета
|
|
В качестве примера вычислим среднемаксимальную силу резания P ножом бульдозера ДЗ-27С при отделении стружки толщиной h =12 см на глине (грунт 3-й категории), крепость которой составляет mсв =11 Н/см2. Режущая кромка ножа затуплена с радиусом R =2 мм.
Согласно технической характеристике бульдозера ДЗ-27С (табл. 1.2) ширина среза (длина отвала) L =3200 мм, а угол резания принимаем d =55º.
Значение коэффициента влияния угла резания j при угле резания d =550 равно 1,7 (табл. 1.1).
Для грунта 3-й категории(глина) коэффициент hбок принимаем равным 0,52; а коэффициент hбок.ср = 76,0
Значение коэффициента hзат (влияние затупления режущей кромки) определяем по табл. 1.3. Для R = 2 мми h = 12 см величина отношения hзат / R не определена, поэтому используем линейную интерполяцию.
Из табл. 1.3 известны величины hзат / R для «соседних» ( по сравнению с заданной) h = 10 см и h = 15 см — 0,072 и 0,061 соответственно (см. график на рис. 1.3)
Рис. 1.3. К определению hзат для заданной толщины среза
При достаточно точных построениях можно определить hзат / R графически, но более точный результат дает аналитический способ.
При изменении толщины среза h на 1 см соответствующее изменение отношения hзат / R будет равно:
(1.5)
Теперь для того, чтобы определить hзат / R для h = 12 см, запишем:
· 
(интерполяция слева, т.е. от значения 
, соответствующего толщине среза 10 см), или
· 
(интерполяция справа). Результат, как и следовало ожидать, одинаков, т.е. 
.
Теперь определяем коэффициент 
Коэффициент kбок по табл. 1.5 принимаем равным 0,85, а угол g = 36 0.
Таблица 1.5. Характеристика зоны разрушения грунта
| Грунт | Категория грунта | Коэффициент kбок | Угол g, град | Коэффициент энергоемкости, kэ |
| Песок мелкозернистый белый | 0.73 | 0.92 | ||
| Песок среднезернистый | 0.70 | 0.80 | ||
| Суглинок | 0.78 | 0.87 | ||
| Тяжелый суглинок | 0.85 | 0.89 | ||
| Лессовидный суглинок | 0.73 | 0.88 | ||
| Тяжелый суглинок нарушенного строения | 0.70 | 0.85 | ||
| Серо-зеленая мергельная глина | 0.83 | 0.82 | ||
| Глина | 0.85 | 0.90 | ||
| Глина яблочно-зеленая комковая | 0.80 | 0.94 | ||
| Аргиллит | 0.90 | 0.95 |
Подсчитаем значения составляющих для расчетной формулы:
;
;
;
;
;
;
.
Подставив значения всех параметров в расчетную формулу (1.4), получим (с округлением до целых):
При этом составляющие будут равны:
Из расчета следует, что при заданных размерах среза, соответствующих бульдозеру ДЗ-27С, основная часть сопротивления приходится на лобовоесопротивление Pсв и сопротивлениеотзатупления ножа Pзат, а резание грунта может быть выполнено только на 1-й передаче базового трактора.
Возможен вариант, когда в результате расчета усилие резания Р получается больше тягового усилия бульдозера T1 на 1-й передаче. Обычно это происходит, когда толщина среза завышена для применяемого бульдозера, или разрабатывается слишком тяжелый грунт. Нормальная работа бульдозера с заданной толщиной среза h в этом случае невозможна, и приходится решать обратную задачу, т.е. определять возможную толщину среза грунта h, принимая тяговое усилие на 1-й передаче за максимальную силу резания (P = T1).
Расчетное усилие резания грунта P =81,350 кН не превышает тяговое усилие бульдозера на 1-й передаче (T1 = 100 кН).
Для определения возможной толщины среза h подставляем в расчетную формулу все значения всех величин, кроме h.
после подстановки T1 получим:
Полученное квадратное уравнение решаем относительно неизвестной h:
;
h1 = 11718,8 см,а h2 = 16,5 см. Анализ показывает, что смысл имеет только второй корень, т.е. возможная толщина среза h при заданных условиях может составить примерно 16,5 см.
Контрольные вопросы
1. Перечислите методы расчета сил резания.
2. Какие величины входят в расчетные формулы определения сил резания?
3. Какое влияние оказывает затупление и износ ножей отвала на силу резания?
4. Какое влияние оказывает угол резания на сопротивление?
5. Что такое лобовое сопротивление резанию?
6. Что означает если полученное усилие резания больше тягового усилия бульдозера на 1-й передаче?
7. Как определить возможную толщину среза грунта?
8. Какая составляющая в суммарной силе резания наибольшая?