Дипломный проект - Разработка бульдозерного оборудования повышенной накопительной способности. Бульдозер ДЗ-35 на базе трактора 15 тягового класса - Т-180 - файл n1.doc

Дипломный проект - Разработка бульдозерного оборудования повышенной накопительной способности. Бульдозер ДЗ-35 на базе трактора 15 тягового класса - Т-180
скачать (5622.7 kb.)
Доступные файлы (67):
n1.doc688kb.14.06.2009 21:37скачать
n2.doc7302kb.14.06.2009 15:40скачать
n3.doc427kb.09.05.2009 01:37скачать
n4.doc144kb.05.05.2009 16:58скачать
n5.doc56kb.17.05.2009 23:46скачать
n6.doc20kb.20.05.2007 16:03скачать
n7.doc49kb.14.06.2009 14:58скачать
n8.doc68kb.14.06.2009 15:51скачать
n9.cdw
n10.cdw
n11.cdw
n12.cdw
n13.cdw
T-180.cdw
n15.cdw
n16.cdw
n17.cdw
n18.cdw
n19.cdw
n20.cdw
n21.frw
n22.frw
n23.frw
n24.frw
n25.frw
n26.frw
n27.frw
n28.frw
n29.frw
n30.frw
n31.frw
n32.frw
n33.frw
n34.cdw
n35.cdw
n36.cdw
n37.cdw
n38.dwg
n39.dwg
n40.dwg
n41.dwg
n42.dwg
T-180.dwg
n44.log
n45.dwg
n46.dwg
n47.dwg
n48.dwg
n49.dwg
n50.dwg
n51.dwg
n52.dwg
n53.dwg
n54.dwg
n55.dwg
n56.dwg
n57.dwg
n58.dwg
n59.dwg
n60.dwg
n61.dwg
n62.dwg
n63.dwg
n64.dwg
n65.dwg
n66.dwg
n67.dwg

n1.doc





1 АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ТЕМЫ.

С созданием землеройной техники возникли вопросы об уменьшении удельных затрат труда и энергоемкости которые необходимо затратить на копание ими грунта, т.е. создание такого рабочего органа, работа которого позволила бы повысить производительность машины, повысить эффективность взаимодействия с грунтом и снизить стоимость выполненных работ. Для создания такого рабочего органа необходимо исследовать процесс резания грунта. Решению этих вопросов посвящено много научных трудов как отечественных, так и зарубежных ученых.

1.1. Тенденции и перспективы развития рабочих органов бульдозера.

Бульдозер являются одной из основных машин используемых в промышленном, гражданском, дорожном строительстве, так как его конструкция проста, универсальна и имеет низкую себестоимость выполнения роботы.

Совершенствование конструкции рабочего органа бульдозера является одним из основных направлений повышения его производительности. Над совершенствованием рабочих органов, повышением их качества, эффективности использования и расширения номенклатуры постоянно работали такие известные организации: ВНИИстройдормаш, ВНИИ Минтрансстрой, ВНИИземмаш, ЦНИИОНТП, КИСИ, МИСИ, СибАДИ, ДИСИ, ХАДИ, МАДИ, КАДИ и др. А совершенствование и повышение эффективности рабочих процессов землеройных машин основывается в значительной степени на теоретической базе, созданной известными учеными К.А. Артемьевым, В.Л. Баладинским, В.И. Баловневым, Б.А. Бондаровичем, Ю.А. Ветровым, Д.П. Волковым, Н.Г. Домбровским, А.Н. Зелениным, И.А. Недорезовым, В.К. Рудневым, Л.А. Хмарой, А.М. Холодовым, Д.И. Федоровым и др. Машины с рабочими органами повышенной эффективности на базе использования новых физических эффектов рассматриваются в работах В. И. Баловнева, В. К. Руднева и др.

Ведущие страны по производству бульдозеров являются США, Япония и СНГ.

Анализ научно-технической информации Украины, России и зарубежных стран в области бульдозеростроения позволили сделать аналитические выводы о развитии конструкции бульдозера.

Общие тенденции развития конструкции бульдозеров ведется в двух направлениях. Первый связан с совершенствованием конструкции базовых тракторов или тягачей, а второй менее материалоемкий но такой же эффективный, связан с совершенствованием бульдозерного оборудования. Наиболее важными способами совершенствование являются:

- расширение типоразмерного ряда в направлении создания малогабаритных и тяжёлых машин;

- повышение удельной мощности при сравнительно небольшом увеличении массы;

- разделение на функциональные элементы и узлы в соответствии с особенностями процессов взаимодействия с грунтом;

- применение устройств, интенсифицирующих копание, транспортирование и разгрузку грунта;

- применение устройств, обеспечивающих оптимизацию параметров в процессе работы в зависимости от выполняемых операций; применение новых физических методов разрушения грунтов;

- применение более прочных материалов, введение смазки, защитных устройств;

- гидрофикация всех операций (применение гидрофицированного перекоса отвала, применение для управления отвалом гидропривода);

Цели данных направлений: снижение энергоёмкости процесса разработки грунта; расширение эксплуатационных возможностей; расширение зоны действия; управляемость оборудования; повышение надёжности конструкции; повышение производительности; упрощение конструкции; расширение технологических возможностей.

На основании анализа авторских свидетельств, а так же трудов опубликованных в журналах «Строительные и дорожные машины», «Механизация строительства», были определены тенденции развития рабочего органа бульдозера. Основной целью которых является: снижении энергоёмкости при разработке грунта рабочим органом. Можно выделить следующие направлений развития бульдозерного оборудования:

- гидропривод рабочего органа, воздействующий на изменения геометрических параметров и величин лобовой поверхности и ножевой системы;

- рабочий орган (конструкция);

- дополнительное оборудование;

- способы соединения отвалов и бульдозера.

Общие тенденции развития бульдозерного оборудования представлены на рис. 1.1 отражающий развитие не только рабочих органов отвального типа, но и устройств позволяющих изменять положение отвала тем самым, меняя способ копания грунта. Центральная ось этой схемы (позиции 1-3) иллюстрирует общее развитие рабочего органа бульдозера, а боковые ее ответвления показывают частные направления развития позиций основной оси.

Рис. 1.1. Схема развития рабочих органов землеройных машин
На 1 позиции представлен элементарный рабочий орган землеройной машин - отвал, имевший плоский вид, позиция 2 - отвал современной формы т.е. с криволинейным профилем рабочей поверхности, созданный с учетом влияния подъема стружки грунта по отвалу на общее сопротивление копанию. Позиция 3 - отвал со щеками, которые способствуют уменьшению потерь грунта из призмы волочения. Данная конструкция послужила прототипом при создании скреперных ковшей.

Развитие лобовых отвалов с боковыми щеками (исходная позиция 3) в одном из ответвлений характеризуется созданием более эффективных совковых отвалов с косо установленными крайними секциями (позиция 6) и их дальнейшим совершенствованием.

1.2 Общая классификация рабочих органов

Рабочие органы, применяемые на землеройных машинах различных

типов для разных видов земляных работ и грунтовых и климатических условий, могут быть систематизированы по следующим основным классификационным признакам:

1) назначению (для основных, отделочных или подготовительных работ)

2) сложности (элементарные или сложные);

3) типу (ножевой, отвальный, ковшовый, шнековый);

4) форме режущей части поперечного сечения (прямоугольная, криволинейная);

5) числу открытых поверхностей (одна, две и т.д.);

6) схеме взаимодействия с грунтом (по числу открытых поверхностей у грунтового массива);

7) траектория движения (прямолинейная, криволинейная);

8) непрерывности взаимодействия с грунтом (цикличное, непрерывное);

9) принципу воздействия на грунт (статическое, ударное, вибрационное, смешанное);

10) виду случайного процесса нагружения (случайный стационарный, нестационарный процесс.

Детализация по соответствующим классификационным признакам может производиться для рабочих органов конкретных типов землеройных машин.

Д.А. Лозовой рабочие органы для разработки мерзлых грунтов классифицирует по виду воздействия на грунт: статическому, динамическому и комбинированному. К рабочим органам машин статического действия относит: бары, дисковые и кольцевые фрезы, ножи на одноковшовом экскаваторе, обеспечивающие нарезку щелей, а также рыхлители, пальцевые торцовые и цилиндрические фрезы, многорезцовые экскаваторы и экскаваторы непрерывного действия, буры, винтовые рабочие органы, обеспечивающие разработку мерзлых грунтов в различных условиях.

Рабочие органы динамического действия включают в себя свободнопадающие молоты - подвесные и в направляющих и виброклинья. Они предназначены для предварительного рыхления мерзлых грунтов. К рабочим органам комбинированного действия отнесены вибробуры, фрезы с вибратором крутильных колебаний, клинья с дизельным молотом, навесные рыхлители с активными зубьями, ковши с активными зубьями, предназначенные для различных видов работ с мерзлыми грунтами.

При определении энергоемкости процесса копания грунта и величин и характера изменения составляющих усилия резания, действующих на рабочий орган, необходим учет схемы его взаимодействия с грунтом,

Данные исследований, проведенных В.Д. Абезгаузом, А.И. Бероном, Ю.А. Ветровым, А.Н. Зелениным, подчеркивают значительное уменьшение усилия резания при увеличении числа открытых поверхностей у разрабатываемой среды.

Учет схем взаимодействия рабочих органов с грунтом важен как при анализе работы существующих землеройных машин, так и при создании новых.

Одним из характерных примеров эффективного учета схем взаимодействия рабочих органов с грунтом служат исследования, проведенные в научно-производственном объединении "ВНИИЗеммаш", и разработанные на их основе предложения по возможным типам рабочих органов и схемам их

взаимодействия с грунтом.

Рабочие органы землеройных машин в процессе взаимодействия с грунтом испытывают случайные нагрузки, изменяющиеся во времени. В зависимости от типа рабочего органа, грунтовых и других условий случайные процессы изменения нагрузок различны. Поэтому важным является классификация как этих процессов, так и рабочих органов землеройных машин в зависимости от вида случайного процесса.

Общую классификацию случайных процессов изменения нагрузок, действующих на рабочие органы землеройных машин можно провести по следующим основным классификационным признакам: стационарности -стационарные, нестационарные; эргодичности - эргодические, неэргодические; виду закона распределения мгновенных значений исследуемого параметра; дифференцируемости - дифференцируемые, недифференцируемые.

Классификация подобного рода позволяет использовать основные статистические характеристики и статистические свойства однотипных случайных процессов нагружения для анализа и оценки не только каждого рабочего органа землеройной машины, но и групп рабочих органов, подвергающихся режимам нагружения одного типа.

1.3 Теоретическое обоснование влияние угла резания на усилие копания грунта бульдозерным отвалом.

В работе А.Д. Далина установлены зависимости сопротивления резанию среднего суглинка для углов резания р =20 – 50

P = P20(1 + 0.017р ) (1.1)

Для углов р 50

P = P20(1 + 0.06р ) (1.2)

где P20 - сопротивление резанию грунта при р =20

При изменении угла резания в пределах 20–38 сила резания возрастает в среднем на 1.7% на градус увеличения угла резания, а 40–90 - 6% на градус увеличения угла резания.

Профессор Н. Г. Домбровский предложил зависимость для определения вертикальной составляющей сопротивления копанию Pв, в функции от горизонтальной составляющей сопротивления копанию Pг:

Pв = * Pг (1.3)

где - коэффициент, зависящий от соотношения скоростей копания и подачи, угла копания и затупления режущей кромки (=0,1–0,45).

Разработка грунта ковшами с зубьями производятся при угле резания р =25 –55. Минимальный угол рекомендован в пределах 28–30.

Профессор А.Н. Зеленин исследовал вопрос физической сущности процесса резания грунтов, а также зависимости усилия резания от грунтовых условий и площади поперечного сечения стружки, ширины и глубины резания, угла резания. Установлено, что число ударов динамического плотнометра ДорНИИ прямо пропорционально усилию резания для любого рабочего органа, и может являться критерием оценки прочности грунта. Учёт влияния угла резания осуществляется соотношением:

P = P30(1 - ) (1.4)

- для периметров (при р =20–60)

P = P20(1 + 0,0075р) (1.5)

где: P30, P20- сопротивление резанию грунта при соответствующих углах резания.

Оптимальный угол резания для периметров, с учётом минимального заднего угла резания, составляет 30–35.

При углах резания р90 - происходит затягивание ковша вниз, а при р 90 - - его выталкивание.

Величина и направление вертикальной силы Pв меняется в зависимости от угла резания р, угла внешнего трения грунта по металлу и величины затупления режущей кромки. При увеличении значения угла уменьшается оптимальная величина угла резания. Для значения =18–45 оптимальный

угол резания находится в узком диапазоне 23–30.

Величина коэффициента мало изменяется при р 45, но существенно возрастает при р 45.

Предложена зависимость для определения коэффициента, учитывающего влияние угла резания:

= 1 + (р – 45 ) (1.6)

где: - коэффициент, определяющий приращение сопротивления на 1° увеличения угла резания ( = 0,07).

Снижение величины угла трения грунта по ножу вызывает смещение величины Pв/Pг в сторону больших углов резания. В работе экспериментальным путём определены закономерности изменения средней силы и энергоёмкости резания в зависимости от глубины резания, ширины среза и угла резания. При изменении угла резания от 20 до 90 средняя сила резания - ускоренно возрастает.

Коэффициент энергоёмкости является функцией, возрастающей по мере увеличения угла резания от наименьших практических значений до наибольших. При р80 коэффициент энергоёмкости приближается к единицы, что свидетельствует о фактическом прекращении колебаний силы резания. Рекомендуется оптимальный угол резания 35 - 40

Снижение величины угла тремя грунте по ножу вызывает смешение величины Pвг в сторону больших углов резания.

В работе экспериментальным путем определены закономерности изменения среднее силы и энергоемкости резания в зависимости от глубины резания, ширимы среза и угла резания. При изменении угла резания от 20° до 90° средняя сила резания - ускоренно возрастает и для исследованных грунтов области минимума не имеет.

Коэффициент энергоемкости (отношение средних сил резания к среднемаксимальным) является функцией, возрастающей по мере увеличения угла резания от наименьших практических значении до наибольших. При >80° коэффициент энергоемкости приближается к единице, что свидетельствует о фактическом прекращении колебаний силы резания. Рекомендован оптимальный угол резания 35° - 40°.

Н.Л.Жихарев в своих работах исследовал характер протекания процесса взаимодействия неповоротного отвала бульдозера с грунтом на различных этапах резаная.

Основные выводы Н.Л.Жихарева, проведшего экспериментальную работу на физических моделях по изучении влияния угла резани, следующее: при копании глинистого, связного грунта вертикальная сила сопротивления копанию всегда стремится заглубить отвал (эта величина растет о увеличением угла резания), при копании супесчаного, рыхлого грунта вертикальная сила при < 60° направлена сверху вниз, а при > 60° - наоборот.

Зависимости усилия копания от угла резания при копании связного грунта (С = 3-5; =15,5 – 18,5 %) глубиной 6,2 – 6,8мм и рыхлого грунта (С = 1, =4 – 6 %) близки к прямой. Влияние угла резания на удельную силу копания, представляющую собой отношение горизонтальной составляющей усилия копания Pi к массе призмы волочения Мпр.

В работе указано, что в конце процессе копания призма грунта перед отвалом будет тем больше, чей меньше сопротивление продвижению срезанного грунта в эту призму. Рекомендован отвал упрощенного профиля с углом резания 30° и углом наклона 15°, что позволяет снижать энергоемкость процесса копания связных грунтов на 25 – 30 %.

Экспериментальные исследования, проведенные А.А. Яркиным на восьми отвалах различной формы профиля при одной и той же длине, позволили сделать ряд выводов. Параметры профиля отвальной поверхности существенно влияют на процесс копания грунта, причем в большой степени при разработке грунтов с нарушенной структурой (разрыхленных), разным значениям глубины резания соответствует свой оптимальный профиль отвала. На процесс формирования и движения стружки по отвальной поверхности наибольшее влияние оказывают углы опрокидывания и наклона отвала, а так же кривизны отвальной поверхности, длина нижней прямой части отвальной поверхности, изменения кривизны по высоте и угол резания влияют на процесс копания. Для бульдозера общего назначения в средних грунтовых условиях рекомендованы основные параметры профиля неповоротного отвала: угол резания =350, угол опрокидывания 70-75°, угол наклона 750, угол установки козырька отвала 90-100°, радиус кривизны отвальной поверхности в нижней части отвала – 0,8 от его высоты, в верхней - 1,1.

Экспериментально установлено значительное влияние угла резания на процесс копания грунта, его энергоёмкость, а также необходимое вертикальное давление на режущей кромке отвала при внедрении в грунт. Высказано предположение, что изменение углов резания в процессе копания обеспечивает более эффективную работу отвала. Угол наклона результирующих сил сопротивления копанию грунта изменяется на уплотненных грунтах от 15 до 21° вниз от горизонтали, на разрыхленных - от 0 до 6° вниз и вверх от горизонтали. Расстояние от режущей кромка ножа отвала до точки приложения результирующей сил сопротивления на отвале при копании уплотненного грунта равно 0,17, а разрыхленного - 0,27 от высоты отвала без козырька. Наиболее удобным параметром для регулирования угла наклона равнодействующей сопротивления копанию является угол резания.

Рассмотрение процесса копания грунта позволило З.В. Ничке выявить, что разрушение грунта при работе землеройно-транспортных машин происходит как за счет деформации сдвига, так и за счет отрыва. Вид разрушения определяется в первую очередь величиной угла резания. Переход от одного вида резания к другому характеризуется критическим углом резания, величина которого уменьшается с увеличением углов внутреннего и внешнего трения и ростом пригрузки и увеличивается с повышением связности грунта и сцепления.

Углы резания до критических значений обеспечивают менее энергоёмкий вид разрушения, приводят к большей стабильности процесса, уменьшения резких колебаний глубины, «клевков».

В.И.Баловнев используя методы и уравнения теории предельного равновесия, вывел ряд уравнений для определения coпротивления резанию грунтов.

В качестве расчетной предложена формула для определения горизонтальной составляющей сопротивления копания плоского ножа:

(1.7)

где: В - длина отвала; h- глубина резания; - объемная масса грунта с нарушенной структурой; - объёмная масса грунта с ненарушенной структурой; Н – высота призмы волочения, равна высоте отвала; С - сцепление грунта с нарушенной структурой; K - коэффициент, зависящий от угла сдвига и угла резания, определяемый аналитическим путем.

Первые сравнительные исследования показали, что у отвалов с переменным углом резания в процессе копания повышается производительность при разработке связных грунтов на 15%, а для отвалов с гибкой отвальной поверхностью – 10%…15 % .Снижение тягового усилия у обоих отвалов составит 25%.

1.4 Характеристики среды взаимодействия.

Грунт - это поверхностный слой земли, образованный в результате выветривания горных пород.

По происхождению, состоянию и механической прочности фунты делятся на скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Основными параметрами характеризующие состояние грунта являются его физико-механические свойства, а именно: гранулометрический состав, плотность, пористость, влажность, разрыхляемость, сжимаемость, прочность, сопротивление трению, абразивность, липкость, скорость распространения деформационных волн.

Плотность ? (кг/м3)- отношение массы грунта к его объему.

Пористость - отношение объема пор ко всему объему грунта.

Влажность - отношение массы воды, заключенной в порах грунта, к массе твердых частиц грунта.

Разрыхляемость - способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки, и определяется коэффициентом:

КР=VP/V, (1.8)

где: Vр - объем разрыхленного грунта в процессе разработки,

V - объем грунта в естественном его состоянии.

Сжимаемость - способность под воздействием внешних нагрузок изменять свое строение на более компактное. Определяется модулем деформации.

Прочность - способность сопротивляться сжатию, сдвигу и разрыву.

Абразивность - свойство грунтов с частицами большей твердости изнашивать рабочие органы, элементы ходовых устройств землеройных машин.

Липкость - свойство грунтов прилипать к рабочим поверхностям элементов машин, взаимодействующих с ним.

Скорость распространения деформационных волн - определяет сопротивление динамическому разрушению.

Грунты разделяются па категории в зависимости от трудности их разработки, т.е. плотности и наименованию.

Существует несколько видов классификаций грунтов, но наиболее распространенным является классификация, предложенная Л.П. Зелениным, основанная на использовании плотномера ДорНИИ.

Главная практическая цель изучения процесса резания грунтов — отыскать способы наименее энергоёмкого и наиболее производительного отделения грунтов от массива.

Во время резания грунтов с существенной анизотропией, особенно слоистых по направлению резания, при малых величинах угла резания инструмента, стружка отделяется обычно путём отрыва. Вместе с тем, в обычных для землеройных машин условиях процесса резания грунтов, в большинстве случаев образуется элементная стружка. Элементы стружки принимают в сечении закономерную форму, включая четко выраженную площадку смятия передней гранью ножа и остроугольное сопряжение поверхности отделения с их верхней поверхностью.

Преобладание у грунтов стружкоотделения свидетельствует о том, что деформации и напряжения, которые ему соответствуют, наиболее характерны.

Но наряду с преобладанием у грунтов элементного стружкообразования зафиксированы также ступенчатые и сливные стружки.

Стружка надлома или отрыва (второе название наиболее близко условиям резания грунтов) образуется в виде несвязных между собой кусков материала неправильной формы. Резец отделяет эти куски главным образом отрывом, оставляя после себя неровную поверхность.



Рис. 1.2. Разновидности резания с отделением стружки:

а - прямоугольное плоским клином; б - косоугольное плоским клином; в - прямоугольное плоским клином с режущей кромкой, очерченной по ломаной линии; г - то же, но по выпуклой кривой; д, е - двух- и трёхгранным клином; ж, з, к - косое резание криволинейным клином; и - прямоугольное резание криволинейным клином; л - блокированное резание; м - резание с одной поверхностью бокового среза; н - резание с двумя поверхностями бокового среза; о - полусвободное резание; п - свободное резание.

Элементная стружка также состоит из отдельных кусков материала. Но их форма более закономерна. Со стороны резца они ограничены плоскостью, образовавшейся от смятия материала.

Ступенчатую стружку можно рассматривать как видоизменение элементной. Отличие заключается лишь в том, что последовательные элементы стружки после отделения от массива соединяются вновь. В результате этого стружка получает гладкую поверхность со стороны резца и ступенчатую снаружи.

Наконец, сливная стружка отличается формой сплошной ленты, гладкой со стороны резца и шероховатой, но почти без существенных неровностей на внешней поверхности.



Рис. 1.3. Виды стружек при резании грунтов:

а - сливная; б - ступенчатая; в - элементная; г- отрыва.

1.5 Анализ процесса взаимодействия с грунтом режущего элемента

Повышение производительности и эффективности работы бульдозера возможно за счет придания ножевой системе РО таких геометрических параметров, при которых усилие резания грунта будет min, а траектория перемещения срезаемой стружки грунта и ее компоновка будет способствовать увеличению призмы волочения, т.е. затрачивать минимальное усилие на перемещение грунта по отвалу и уменьшить потерю грунта в боковые валики.

Создание РО бульдозера преследующего данную цель возможно, однако необходимо провести анализ теории резания и поведения грунта в процессе его разработки, учитывая при этом характеристики и свойства грунта.

Общая сила сопротивление грунта разрушению воздействуют на грунт неодинаково. Так по боковым ребрам ножа действуют два усилия, в нижней части – усилие срезу:

Р бок.ср.бок.ср. (1 – кбок) h, (1.9)

а в боковых расширениях прорези – усилие отрыва [15]:

Р бок.бок к2бок ctg? h2. (1.10)

Здесь рбок.ср. и рбок – удельная сила разрушению, соответственно боковыми ребрами ножа и в боковых расширениях прорези;

кбк – коэффициент глубины расширяющейся части прорези:

кбок=, (1.11)

где h – полная глубина;

h1 – глубина расширяющейся части прорези.

Для землеройно-транспортных машин, со стандартными углами резания ?р, значения кбок находится в пределах 0,7…0,95, но при увеличении угла ?р до 75° составляющая коэффициента прогрессивно возрастает, приблизительно удваиваясь по сравнению с обычными значениями.

Известно, также, что рост параметров боковых расширений прорези зависит от ширины среза и глубины резания. Поэтому глубина расширяющихся боковых поверхностей, при одинаковых параметрах ширины ножа и угла резания, возрастает до определенного значения глубины резания - критической глубины резания hкр=2,5…4В, при достижении и переходе за которую, рост боковых расширений прорези прекращается. Одновременно нарушается пропорциональность между глубиной и расширяющейся частью прорези, коэффициент кбок, сохранявший до этого свою величину, начинает уменьшаться. Основная причина явления критической глубины резания заключается в сжимаемости грунтов под нагрузкой.

Таким образом, для каждой ширины среза имеется своя критическая глубина резания, начиная с которой возникают изменения в соотношении полной глубины прорези с глубиной и шириной ее расширяющихся частей.

Природу основания боковых расширений прорези можно охарактеризовать как образование вследствии полидисперсного строения и пористости грунта под действием нагрузок разрушающих их структурную связь, влияющих на относительное перемещение частиц, заполнение пор между ними, а также способствующих вытеснению воды и газовой фазы вещества из напряженной зоны массива в менее напряженную, что приводит к деформации, возрастание которой, сопровождается увеличением давления на поверхности контакта, до тех пор, пока не будет утрачена устойчивость грунтового массива, и он не будет разрушен.

Основными геометрическими характеристиками, определяющими параметры грунтовой прорези являются: угол наклона боковых расширяющихся частей прорези – ?, коэффициент, характеризующий отношения глубин прорези и ее боковых расширений – кбок и площадь поперечного сечения прорези:

Fпр= b h Fбок., (1.12)

где Fбок. – площадь боковых частей поперечного сечения прорези:

Fбок.= к2бок ctg ? h2. (1.13)

Также на физику процесса отделения стружки грунта от массива и периодичность сколов зависит от воздействия на отделяемый грунт ядра уплотнения, поясняющееся тем, что при внедрении режущего элемента в массив грунта на лобовой поверхности происходит формирование ограниченной области, отличающейся от основного массива повышенной плотностью. А создание в грунтовом массиве наклонного забоя, образуемого после первого цикла отделения стружки не обеспечивает синхронного контакта всей площади режущего элемента с грунтом. Так в нижней части возникают контактные процессы, способствующие образованию ядра уплотнения, которое влияет на массив и приводит к отрыву грунта до того как верхняя часть достигнет забоя. Причем высота основания ядра уплотнения hЯ, влияющая на объем отделяемой стружки грунта, и имеет пропорциональное соотношение с высотой контакта hКОНТ которая составляет 50…60% hКОНТ.



Рис. 1.4 Формирование в грунтовом массиве уплотненного ядра:

а – процесс формирование ядра;б – момент критического напряжения ядра на

массив (период скола грунта).

Сопротивление массива грунта уплотненному ядру, также можно описать математически:

Р= , (1.14)

где si и ti – соответственно нормальные и касательные напряжения на i-той поверхности ядра;

Fiя – площадь i-той поверхности ядра;

?i – угол наклона i-той поверхности к оси х;

n – количество поверхностей ядра уплотнения.

Исследуя процесс формирования ядра уплотнения, просматривается однозначная зависимость площади поверхностей ядра от угла резания. Так площади поверхностей ядра возрастают с увеличением угла резания, причем соотношения площадей нижней и верхней поверхностей также изменяются: при ??mах - .

Проанализировав процесс разработки грунта можно сделать следующие выводы:

- при блокированном и полусвободном резании в грунтовом массиве образуется прорезь, геометрические параметры которой напоминают фигуру – трапецию;



Рис. 1.5. Схемы формирования напряженно - деформационного состояния грунта: а – ? ‹ 45є;б – ? ? 45є;в – ? › 45є.

- форма прорези и анализ поверхности свидетельствует о неодинаковом

разрушении грунта в нижней и верхней ее частях;

- рост боковых расширений прорези, до определенных значений зависит от

глубины резания и ширины среза;

- сила Рбок затрачиваемая на разрушения грунта в боковых расширениях прорези пропорциональна площади их поперечного сечения и зависит от сопротивления отрыва и сдвига, а сила бокового среза Рбок ср пропорциональна глубине резания и зависит от сопротивления срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези;

- в зоне контакта режущего элемента с массивом грунта образуется уплотненное ядро, передающее через свои поверхности внешнюю нагрузку на массив грунта;

- объем уплотненного ядра растет пропорционально увеличению контактной поверхности режущего элемента, а значит и глубине внедрения в массив грунта, что способствует увеличению сопротивления внедрению.

На основании выше изложенного анализа можно заключить, что придание ножевой системе РО трапециевидной формы способно максимально воздействовать на разрушаемый грунт с минимальными силовыми затратами, а также производить полную выемку грунта из разработанного массива.

Рассмотренная в теоретическом анализе схема прорези, которая раскрывает физику процесса копания грунта прямоугольным ножом, послужила аналогом к предложенным схемам прорезей, в основе которых лежит нож трапециевидной формы с разными параметрами образования трапеции.

Анализируя предложенные схемы можно сделать выводы: на схеме с ножом формой ННТ/Н=1 были ликвидированы зоны Рбок ср и Рбок образуемые в процессе копания прямоугольным режущим элементом при боковом срезе и разрушении грунта в боковых расширениях прорези так как они (в данном случае) не точно описывали процесс, однако внедрено понятие «зона трапециевидного среза» РТР.СР. В данном случае суммарная сила резания примет вид:

Р(b, h, ?) = ? mсв (b1+ hпол ctg?1) hпол+2 mТР.СР h. (1.15)



Рис. 1.6. Схема грунтовой прорези, зоны действия составляющих сил резания при копании ножом трапециевидной формы: 1 – ножом формы ННТ/Н = 1; 2 – ножом формы ННТ/Н = 0,5; 3 – ножом формы ННТ/Н =0,3.

В двух других предложенных схематических решения (ННТ/Н=0,3…0,5) в отличии от ННТ/Н=1, зоны действия сил Рбок (0-1-2 и 7-8-9) и Рбок ср. (2-3 и 77 6-7) существуют, но они смещены вверх от основания ножа b1, что придает характеризующей процесс формуле следующий вид:

Р(b, h, ?) =(? mсв ((b1+ (hпол -h')ctg?1) (hпол -h')+ b2 h'))+ 2 mТР.СР (hпол-h')+

+2Pбок ctg?1 h'2+ 2Pбок. ср. h'. (1.16)

Анализ предложенных схематических описаний влияния формы ножа на процесс разработки грунта является актуальной задачей, так как способствует определению наиболее эффективных параметров и форм ножа, способного разрабатывать грунт с минимальным усилием за счет результативной траектории воздействия на грунт.

1.6 Цель и задачи

Целью работы является определение рациональных параметров РО бульдозера и разработка новой конструкции отвала, с ограничивающими элементами.

Данная модернизация позволяет накапливать максимально возможную призму волочения и практически онулировать потери грунта в боковые валики, что приводит к увеличению производительности традиционной техники содержащей боковые ограничивающие элементы.

Задачи, которые необходимо решить для достижения данной цели:

































Т-180.00.00.000.ПЗ

Лист



















Изм

Лист

докум.

Подп.

Дата





Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации