Определение силы резания грунта бульдозером

навесным рабочим органом - криволинейным в сечении отвалом (щитом), расположенным вне базы ходовой части машины. Служит для послойного копания, планировки и перемещения (на расстояние 10 - 200 метров) грунтов, полезных ископаемых, дорожно-строительных и других материалов при строительстве и ремонте дорог, каналов, гидротехнических и тому подобных сооружений.
Также бульдозер применяется при разработке россыпей, на отвалах, при рекультивации, в качестве вспомогательной машины на карьерах. Кроме того, бульдозер используют при строительстве и ремонте дорог, а также как толкач (например, при заполнении самоходных и прицепных скреперов).
Цель работы: рассчитать максимальную силу резания P грунта ножом бульдозера при отделении стружки заданной толщины.
Содержание работы
1. - Для расчета необходимо вычертить схемы положения отвала с обозначением размеров среза (рис. 1); приложения среднемаксимальных сил резания (рис. 2);
Выбирая формулу для расчета, следует иметь в виду, что режущая часть отвала бульдозера - простой нож, отделяющий стружку.
Поэтому расчет ведут по формуле:

2

формулу ориентировочного определения силы резания, которая для простого ножа с затупленной режущей кромкой приобретает вид:
В вышеуказанных формулах
Pсв – сила, возникающая при срезе грунта в центре отвала, кН;
-Pбок – сила, возникающая в боковых расширениях среза грунта, кН;
Pбок. ср. – боковая сила, возникающая при срезе на заданную глубину, кН;
Pзат. – усилие, возникающее на режущей кромке ножа (на всю длину и высоту срезки грунта), кН.
Найдём каждое из усилий:
-Pсв = mсв×Fсв×φ, где Fсв = L×h – площадь центральной части среза;
-Pбок = mсв×Fбок×ηбок, где - площадь боковых расширений среза; При боковом срезе k подбираем по табл. 1.5.
-Pбок.ср. = mсв×Lбок.ср×ηбок.ср, где - длина среза боковыми ребрами ножа;
Pзат. = mсв×Lзат.×ηзат.×h, где - длина затупленной режущей кромки (т.е. длина отвала).
Таким образом, формула имеет вид: 

соответствии с величиной угла резания δ (табл. 1.2).
Числовые значения коэффициентов ηбок и ηбок.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 ηзат определяем по табл. 1.3 в соответствии с радиусом затупления ножа R по заданию.

Рис. 1. Схема положения отвала
и размеры среза

Рис. 2. Схема приложения силы резания

Таблица 1.1. Коэффициент влияния угла резания

нужной толщины среза h, величину ηзат/R определяем, применив линейную интерполяцию (см. рис. 3).

определению коэффициента,
характеризующего влияние затупления
режущей кромки

Порядок выполнения работы
Вычертить расчетные схемы (рис. 1, 2). На схемах указать размеры и величины по заданию (табл. 1.4).
Написать общую расчетную формулу с объяснением составляющих ее величин.
Определить числовые значения величин, входящих в расчетную формулу.
Вычислить среднемаксимальную силу резания Р.
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)).

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 δ = 55º.
Значение коэффициента влияния угла резания ϕ при угле резания δ =550 равно 1,7 (табл. 1.1).
Для грунта 3-й категории (глина) коэффициент ηбок принимаем равным 0,52; а коэффициент ηбок.ср = 76,0
Значение коэффициента ηзат (влияние затупления режущей кромки) определяем по табл. 1.3. Для R = 2 мм и h = 12 см величина отношения ηзат/R не определена, поэтому используем линейную интерполяцию.
Из табл. 1.3 известны величины ηзат/R для «соседних» (по сравнению с заданной) h = 10 см и h = 15 см - 0,072 и 0,061 соответственно (см. график на рис. 3)

Рис. 3. К определению ηзат для заданной толщины среза

точный результат дает аналитический способ.
При изменении толщины среза h на 1 см соответствующее изменение отношения ηзат/R будет равно:
Теперь для того, чтобы определить ηзат/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 γ =36°.

Таблица 1.5. Характеристика зоны разрушения грунта

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 лобовое сопротивление Pсв и сопротивление от затупления ножа Pзат, а резание грунта может быть выполнено только на 1-й передаче базового трактора.

10

;

;

;

;

;

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: