Расчет производительности бульдозера и автогрейдера

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Введение

Исходные данные

Расчет ширины полосы отвода

Расчет основных параметров бульдозера

Расчет сопротивления перемещению бульдозера по грунту

Расчет сопротивления при трении ножа о грунт

Сопротивление при транспортирование грунта

Определение мощности двигателя бульдозера

Определение производительности бульдозера

Производительность бульдозера при проведении планировочных работ

Тяговый расчет автогрейдера

Определение мощности двигателя автогрейдера

Определение производительности автогрейдера

Определение производительности автогрейдера при планировочных работах

Вывод работы



Введение

Цель работы: изучить основные параметры землеройных машин. Построить полосу отвода по имеющимся данным. Рассчитать производительность бульдозера и автогрейдера. По полученной производительности подобрать наиболее рационально машину для строительства вышеуказанной полосы отвода.

Бульдозер - основная машина для проведения земляных работ. Они предназначены для послойного перемещения и срезания грунта на расстояние 50-100м. Основное функциональное применение при разработке гравии-песчаных карьеров, выемок, возведения насыпи из боковых резервов, планировочных работах, а также очистки дорог от снега, валки деревьев, корчевания пней, при уборке валунов, а также для выполнения других работ.

Бульдозеры классифицируют по системе управления отвалов: гидравлические; механические; гидравлические.

По способу установки отвалов:

- прямой (не универсальный);

- поворотный (универсальный).

По классификации мощности к номинальному тяговому усилию (приведено в табл. 1).

Табл.1

Тип бульдозера	Тяговые усилия[Н]	Мощность двигателя [кВт]
Сверхтяжелые	300	220 и более
Тяжелые	200-300	110-220
Средние	140-200	55-110
Легкие	30-140	25-55
Малогабаритные	до 30	до 25



Различают бульдозеры общего и специального назначения. Бульдозеры общего назначения используют для выполнения основных видов землеройных работ на различных грунтах и климатических условиях умеренной зоны при температуре воздуха ±40єC.

А так же могут использоваться в условиях холода до температуры воздуха -60єС и в условиях тропиков до +50єС. Данные бульдозеры имеют переднее расположение отвала.

Специальные бульдозеры предназначены для выполнения целевых работ в специфических грунтах и климатических условиях. По типу ходовой части разделяют на: гусеничные; колесные.

По приводу рабочего органа: канатные; гидравлические.

Наиболее широко распространены гусеничные бульдозеры потому, что можно использовать в сложных грунтовых условиях. Колесные используются в более оптимальных, а также при необходимости частого перебазирования.

Схема гусеничного бульдозера с прямым отвалом

1 - нож; 2 - уширитель отвала; 3 - отвал; 4 - козырёк; 5 - гидроцилиндры; 6 - трактор; 7 - рама; 8 - толкающий брус.



Основные типы бульдозерных отвалов

1 - прямой поворотный; 2 - прямой неповоротный; 3 - полусферический; 4 -сферический; 5 - сферический для сыпучих материалов; 6 - с толкающей плитой.

Автогрейдер - основная дорожно-строительная машина, применяется при строительство дорог. Классифицируются по массе и мощности силовой установки (приведено в табл. 2).

Табл.2

Тип автогрейдера	Масса [в тоннах]	Мощность силовой установки [кВт]
Особо тяжелые	19 и более	более 150
Тяжелые	13-19	75-150
Средние	9-13	50-75
Легкие	до 9	до 50

По конструктивному устройству:

- двухосевые;

- трехосевые.

Особенности ходовой колесной формулы, аЧbЧc.

a - число управляемых осей;

b - ведущие оси;

c - общие оси.

Трехосный с двумя ведущими задними осями с управляемыми колесами, имеет колесную формулу 1Ч2Ч3.

Схема автогрейдера

1 - двигатель; 2 - отбор мощности; 3 - муфта сцепления; 4 - задний мост; 5 и 6 - соединительные валы; 7 - балансир; 8 - коробка передач; 9 - ходовое колесо; 10 - система гидравлического управления; 11 - электрогидравлический распределитель; 12 - основной рабочий орган; 13 - автомат “Профиль 1”; 14 - основная рама; 15 - передняя ось; 16 - бульдозер;17 - механизм поворота колёс; 18 - рулевой механизм с гидроусилителем; 19 - карданная передача; 20 - кабина; 21 - рулевое колесо.



Исходные данные

«Расчет основных параметров бульдозера»

Вариант №	Вид грунта	Тип движителя	Вид отвала	Высота отвала без козырька	Длина отвала	Вес бульдозера	Вес бульдозерного оборудования	Заложение откоса насыпи	Ширина земляного полотна	Высота насыпи (первый слой)	Высота насыпи (второй слой)
				H, м	L,м	G, T	Gбо, T	m	В, м	h1, м	h2, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
29	1	Г	пр	0,85	3,70	19,00	-	1,5	8,50	0,35	0,40

«Расчет основных параметров автогрейдера»

Вариант№	Вид грунта	Длина отвала автогрейдера	Высота отвала без Козырька	Вес Автогрейдера	Колесная формула	Заложение откоса насыпи	Ширина земляного полотна	Высота насыпи (первый слой)	Высота насыпи (второй слой)
		L,м	H, м	G, авт		M	В, м	h1, м	h2, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
29	1	3,70	0,60	14,37	1х2х3	1,5	8,50	0,35	0,40

Схема 1. Полоса отвода



Расчет ширины полосы отвода

Показатель	Единицы измерения	Значение
Категория дороги	-	III-В
Ширина земляного Полотна	Метры	8,5
Ширина проезжей части	Метры	6,5
Ширина обочин	Метры	1
Число полос движения	-	2
Грунт земляного Полотна	-	1 группа
Коэффициент заложения откосов	-	1,5
Ширина полосы отвода	Метры	27,43

Определим ширину полосы отвода.

- обрез, для III категории дороги

- верхний слой насыпи земляного полотна

- коэффициент откоса насыпи

- высота насыпи земляного полотна ()

- ширина резерва поверху

b - ширина резерва понизу

- основание дорожной одежды

- слой покрытия дорожной одежды

- глубина резерва

W - площадь насыпи

- площадь резерва

Расчет основных параметров бульдозера

Рассмотрим два основных положения при работе бульдозера:

1) При наборе грунта

2) При транспортировании грунта

Характер изменения глубины резания при наборе и транспортировании грунта представлен схемой ниже.

Схема 2. Набор грунта бульдозером

- максимальная глубина зарезания грунта [м];

- глубина зарезания в конце наполнения отвала [м];

- глубина резания при транспортировании грунта (призма волочения) [м];

- длина зарезания [м];

- длина наполнения отвала [м];

- длина транспортирования грунта [м].

При наборе грунта бульдозером на горизонтальной площадке возникают различные сопротивления:

- сопротивление перемещению бульдозера [кН];

- сопротивление трению ножа о грунт [кН];

кН

- сопротивление грунта резанию [кН];

- суммарные сопротивления бульдозера при наборе грунта [кН];

- удельное сопротивление лобовому резанию;

- длина отвала [ м];

Значения k для различных видов (т.4)

Табл. 4

Группа грунта	Вид и подвид грунта*	Значение k [ ]
1	А - Несвязные и некоторые связные пески, и супеси легкие	70
2	Б - Связные суглинки и супеси тяжелые	110
3	В - Связные и тяжелые глины, глины с включением гравия	170

Расчет сопротивления перемещению бульдозера по грунту

- вес трактора с бульдозерным оборудованием

- коэффициент сопротивления, зависящий от типа движителя:

Для гусеничного

Для колесного

По условию, задан бульдозер на гусеницах, принимаем значение

Вес бульдозерного оборудования - 10% от веса самого бульдозера:

Тогда

Расчет сопротивления при трении ножа о грунт

- коэффициент трения грунта по металлу, зависящий от группы и вида грунта (т.5)

Табл. 5

Группа грунта	Значение
1	0,35
2	0,50
3	0,80

- горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивления копанию [кН];

- вес бульдозерного оборудования

- коэффициент использования тягового усилия, принимает значения от 0,60 до 0,80. Выбираем

- номинальная сила тяги бульдозера [кН];

- коэффициент сцепления, зависит от типа движителя:

Для гусеничного

Для колесного

V - угол наклона результирующей силы сопротивления на отвале

- при резании плотного грунта

- при резании разрыхленного грунта

Определим суммарное сопротивление бульдозера при наборе грунта

Произведем перерасчет сопротивления грунта резанию, с новым значением для более рационального использования техники:

, тогда

,

что всё еще удовлетворяет условию: , но является более рациональным по сравнению с предыдущим значением.

Сопротивление при транспортировании грунта

При транспортировании грунта прямым отвалом по горизонтальной площадке, возникают следующие сопротивления:

- сопротивление резанию [кН];

- сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом [кН];

- сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу [кН];

- сопротивление перемещению бульдозера [кН];

- сопротивление трения ножа бульдозера о грунт [кН].

При транспортировке призмы волочения часть её теряется в боковые валики, поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину для срезки стружки, восполняющей потери грунта в боковые валики на 1м пути.

Величина определяется по формуле ниже.

где - коэффициент, учитывающий потери грунта в боковые валики:

- для грунтов второй и третьей групп;

- для грунтов первой группы;

- длина пути транспортирования грунта;

- объем призмы волочения [].

где H - высота отвала без козырька [м];

- коэффициент, зависящий от вида грунта и отношения

Значения в т. 6.

Табл. 6

Отношение	Грунты первой и второй группы	Грунты третьей группы без предварительного разрыхления
0,15	0,70	1,15
0,30	0,80	1,20
0,35	0,85	1,20
0,40	0,90	1,30
0,45	0,95	1,50

По условию, имеем

Следовательно, выбираем значение 0,75 по первой группе грунта.

кН

,

где - коэффициент трения грунта по грунту:

для связных 0,5;

для несвязных 0,7.

Принимаем значение 0,7.

- вес призмы волочения [кН]

- объемный вес грунта в плотном теле:

для грунтов первой группы ;

для грунтов второй и третьей группы .

Принимаем значение для первой группы.

кН

- угол резания

кН

Cсуммарное сопротивление движению бульдозера при транспортировании грунта:

Условие выполняется.



Определение мощности двигателя бульдозера

Мощность двигателя бульдозера, кВт, необходимая для преодоления полученных сопротивлений, определяется по выражению:

где - скорость бульдозера на первой передаче:

для тракторов с гусеничным движителем ;

для тракторов с колесным движителем ;

- суммарное сопротивление движению бульдозера при транспортировании грунта [Н];

- коэффициент полезного действия трансмиссии равный 0,8.

Определение производительности бульдозера

Производительность бульдозера с прямым отвалом на разработке и перемещении []:

где - объем призмы волочения [м³];

- коэффициент использования машины по времени;

- коэффициент, учитывающий влияние уклона местности:

;

- длительность рабочего цикла [с];

где - время на опускание отвала;

- время на переключение передач;

- скорость бульдозера при наборе грунта;

- скорость бульдозера при транспортировке грунта;

- скорость бульдозера при обратном ходе.

;

- длина перемещения грунта.

1)

2)

Производительность бульдозера при проведении планировочных работ

Производительность бульдозера на планировочных работах, в [], определяется по формуле:

автогрейдер бульдозер двигатель мощность землеройный

где длина планированного участка, в [], зависит от производительности бульдозера при разработке грунта;

- при проведении планировочных работ бульдозером с прямым отвалом;

- время на разворот, переключение передач, спуск и подъем отвала;

- скорость движения;

n - число проходов бульдозера, зависит от вида грунта:

- для первой группы n = 6

- для второй группы n = 7

-для третьей группы n = 8

Рассчитаем длину планированного участка:

1)

2)

П - производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта;

W - площадь насыпи.

Схема 3. Схема слоев насыпи

Рассчитаем производительность при планировочных работах, по полученным данным:

Тяговый расчет автогрейдера

При разработке грунта автогрейдером возникают сопротивления:

- сопротивление грунта резанию [кН];

- сопротивление перемещению грунта перед отвалом [кН];

- сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу [кН];

- сопротивление перемещению грунта вдоль отвала [кН];

- сопротивление перемещению автогрейдера [кН];

Определим вышеперечисленные сопротивления.

где k=70 - удельное сопротивление грунта резанию;

F - площадь резания стружки [];

где h - величина заглубления ножа отвала:

- для легких автогрейдеров h=0,1 м;

- для средних автогрейдеров h=0,2 м;

- для тяжелых автогрейдеров, прицепных грейдеров и лесодорожных машин h=0,3 м;

По условию задан тяжелый автогрейдер, поэтому принимаем значение h=0,3м.

- длина отвала [м];

- угол резания;

- угол установки отвала.

- коэффициент трения грунта по грунту;

- вес призмы волочения [Н];

где - высота отвала;

- коэффициент, зависящий от вида грунта и отношения H/L, (см. тяговый расчет бульдозера);

- объемный вес грунта в плотном теле:

- для грунтов первой группы ;

- для грунтов второй и третьей группы .

,б…

где - коэффициент трения грунта по металлу:

- для грунтов 1-й группы ;

- для грунтов 2-й группы ;

- для грунтов 3-й группы

,

- вес автогрейдера;

- коэффициент трения сопротивления качению колеса.

Суммарное сопротивление движению автогрейдера:

Т - максимальная свободная сила тяги автогрейдера [кН].

,

где - коэффициент сцепного веса:

для автогрейдеров с колесной формулой 3х3х3, 1х3х3, 2х2х2 ;

для автогрейдеров с колесной формулой 1х2х3 .

По условию задан автогрейдер с колесной формулой 1х2х3, выбираем значение .

- коэффициент сцепления: для колесных движителей ; для гусеничных .

По условию задан колесный, принимаем .

Условие - выполняется.

Определение мощности двигателя автогрейдера

Потребная мощность автогрейдера на рабочем режиме [кВт], определяется по формуле:

где - скорость движения автогрейдера при резании грунта.

Потери мощности на буксовании:

- коэффициент буксования.

Общая мощность двигателя:

- КПД трансмиссии;

- КПД неустановившейся нагрузки.

Определение производительности автогрейдера

Определение производительности на резании и перемещении грунта

Увеличение производительности землеройных машин на названных видах работ достигается при применении продольно-круговой технологии.

По данной технологии могут работать машины с поворотным отвалом и углом перекоса отвала 20 и более градусов.

К ним относятся: автогрейдеры, прицепные грейдеры, лесодорожные ЛД-30; ДМ-15; ЛД-4 и другие машины.

Высота насыпи, сооружаемой по данной технологии не превышает 0,7…0,75 м.

Строительство земляного полотна по продольно-круговой технологии состоит из ряда последовательных проходов по резанию, перемещению и разравниванию грунта.

Проходы по резанию и перемещению грунта из резервов в тело насыпи должны следовать в строгой последовательности. Поэтому до начала работ разрабатывается схема строительства насыпи.

На схеме 4 представлен пример такой схемы.

Схема 4. Схема строительства слоев насыпи по продольно-круговой технологии

1 - восстановительные трассы, разбивка подошвы насыпи и резервов; 2 - зарезание грунта в резервах при первом проходе машины; 3 - перемещение грунта из резерва в насыпь после первого прохода машины по зарезанию; 4 - зарезание грунта в резервах при втором проходе машины; 5 - перемещение грунта из резерва в насыпь после второго прохода машины; 6 - зарезание грунта в резервах при 7 проходе машины; 7 - перемещение грунта из резерва в насыпь после каждого 6 прохода машины по зарезанию; 8 - планировка слоя насыпи, откосов, дна резервов и уплотнение насыпи прицепным катком.

Производительность автогрейдера на перемещение и резание грунта по продольно-круговой технологии, [км/смену], определяется по формуле:



где - продолжительность рабочей смены [ч];

- коэффициент используемого рабочего времени;

- скорости машин при резании грунта и перемещении грунтов:

; - для гусеничных машин;

; - для колесных машин;

- время на разворот;

- количество проходов машины по зарезанию и перемещению грунта соответственно;

- коэффициент, учитывающий наличие уклона при строительстве второго слоя насыпи;

- площадь стружки резания [].

Площадь слоя (см. схему 3) насыпи зависит от его ширины и высоты, причем последние значение принимается с учетом мощности уплотняющей машины и возможности получения требуемого коэффициента уплотнения грунта в насыпи.

Количество проходов по перемещению грунта:

,

где M - количество проходов по перемещению грунта, полученного при одном проходе по зарезанию, из резерва в насыпь.



где - средняя длинна перемещения грунта из резерва в насыпь;

1,2 - коэффициент подходов;

- длина перемещения грунта по отвалу;

- общее количество проходов по зарезанию и перемещению грунта.



Определение производительности автогрейдера при планировочных работах

Производительность автогрейдера, прицепного грейдера, лесодорожных машин ЛД-30, ДМ-15, ДМ-35, ЛД-4, в [:

где l - длина планируемого участка, равная производительности машины на резании и перемещении грунта [м], значит .

- количество проходов по одному следу;

- скорость машины на планировке: для колесных машин; для гусеничных машин.



Вывод работы

Показатели	Бульдозер	Автогрейдер
Мощность двигателя	кВт	кВт
Производительность машины на зарезании и перемещении грунта
Производительность машины при проведении планировочных работ

В ходе проведенных расчетов, мы рассчитали: мощность двигателя, различные сопротивления при проведении разного рода работ и производительность данных машин. На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что при строительстве лесной дороги III категории, 1 группы грунта, при проведении работ на резание и перемещение грунта, рационально использовать средний бульдозер, нежели автогрейдер. Однако, при проведении планировочных работ, стоит склонится к использованию тяжелого автогрейдера.

Размещено на Allbest.ru