4.8. Мелиоративные машины

4.8.1. Землеройные машины общего назначения

Сопротивление копанию бульдозером может быть определено по упращенной формуле [3,6 ] профессора Н.Г. Домбровского

R_x = k_к∙B∙δ, (4.151)

где k_к – удельное сопротивление копанию, кПа; (растительный грунт, торф, пески и супеси (грунты I категории) – 12…65 кПа; лессовидный суглинок, рыхлый влажный лесс, гравий до 15 мм (грунты II категории) – 60…180 кПа; жирная глина, тяжелый суглинок, крупный гравий, лесс естественной влажности (грунты III категории) – 120…200 кПа; ломовая глина, суглинок со щебнем, отвердевший лесс, мягкий маргель (грунты IV категории) – 180…300 кПа); B- ширина захвата рабочего органа, м; δ – толщина стружки, м.

В процессе транспортирования грунта некоторая его часть теряется вследствие соскальзывания с краев отвала в боковые валики. Для сохранения расчетной производительности необходимо компенсировать эти потери небольшим заглублением ножа, которое можно определить по формуле

, (4.152)

где V_тер – объем грунта, теряемый при транспортировании (3…6 % объема призмы волочения, меньшее значение для связных, большее – для несвязных грунтов), м³; В – ширина захвата, м; l – длина пути, м.

Объем призмы волочения зависит от размеров отвала и свойств грунта может быть определен по формуле

, (4.153)

где k_н – коэффициент заполнения (k_н ≈ 0,6…0,8); Н – высота отвала (призмы волочения), м; В – ширина захвата, м; θ – угол атаки, град; φ_от – угол естественного откоса грунта (φ_от = 30… 40).

Максимальная толщина стружки грунта, наполняемая ковшом скрепера в начале копания, может быть вычислена по формуле

, (4.154)

где F_т – максимальное тяговое усилие тягача, кН; R_ск – сопротивление перемещению порожнего скрепера, кН.

При работе на горизонтальном участке и достаточной мощности двигателя максимальное тяговое усилие трактора

F_т = G_т∙φ_сц,

а сопротивление скрепера

R_ск = G_ск∙ μ,

где G_т и G_ск – соответственно сила тяжести трактора и скрепера; φ_сц - коэффициент сцепления движителей тягача с грунтом; μ – коэффициент сопротивления перекатыванию колес скрепера.

Пример 144. Определить сопротивление копанию бульдозера, имеющего ширину захвата отвала В = 3,2 м, если снимается стружка грунта толщиной δ = 0,18 м и удельное сопротивление копанию характеризуется коэффициентом k_к = 40 кПа.

Решение: Сопровтиление копанию бульдозера определяем по упращенной формуле Н.Г. Домбровского (4.151)

R_x = k_к∙B∙δ = 403,20,18 = 23,04 кН.

Ответ: R_x = 23,04 кН.

Пример 145. Бульдозер имеет высоту отвала Н = 0,8 м. Определить величину заглублению отвала, необходимую для компенсации потери грунта при его перемещении на расстояние l = 20 м, если угол естественного откоса грунта φ_от = 35, а коэффициент объемного заполнения k_н = 0,7. Расчеты сопроводить расчетной схемой.

Решение: Приведем расчетную схему (рисунок 4.39).

Рисунок 4.39 – Призма волочения

Величина заглубления h отвала, необходимая для компенсации потерь грунта при его перемещении на расстояние l зависит от объема призмы волочения, ширины захвата В и высоты Н отвала:

, (1)

где V_тер – объем грунта, теряемый при транспортировании и зависящий от объема V_пр призмы волочения.

, (2)

где S – площадь сечения призмы волочения в продольно-вертикальной плоскости; θ – угол атаки.

Площадь сечения S может быть приблизительно выражена формуллой

, (3)

где φ_от – угол естественного откоса грунта.

Поскольку V_тер ≈ (0,03…0,06) V_пр, то выражение (1) с учетом (2) и (3) перепишется

. (4)

При иV_тер = 0,05 V_пр с учетом исходных данных задачи будем иметь:

м.

Ответ: h = 0,8 мм.

Пример 146. Определить максимальную толщину стружки грунта в начале копания, если прицепной скрепер, имеющий массу m_c = 2748 кг и ширину захвата ковша В = 2,1 м, агрегатируется с гусеничным трактором тягового класса 3, имеющим массу m_т = 6550 кг и коэффициент сцепления движителей с грунтом φ_сц = 1,0, удельное сопротивление копанию грунта k_к = 120 кПа, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ = 0,2.

Решение: Максимальная толщина δ_max стружки грунта может быть определена по формуле (4.154):

.

Определим максимальное тяговое усилие гусеничного трактора

F_т = G_т∙φ_сц = m_т ∙g∙φ_сц = 65509,811 = 64256 Н.

По технической характеристике тяговое усилие трактора класса 3: F_т = 30 кН.

Определим сопротивление перемещению порожнего скрепера

R_ск = G_ск ∙μ = m_ск ∙g∙μ = 27489,810,2 = 5392 Н.

Следовательно, с учетом полученных значений F_т и R_ск будем иметь:

м.

Ответ: δ_max = 0,098 м.

Упражнения

8.1. Определить сопротивление копанию бульдозером, имеющую ширину захвата отвала В, если снимается стружка грунта толщиной δ, а удельное сопротивление копанию характеризуется коэффициентом k_к.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	4,54	3,94	3,2	3,1	3,92	4,43	2,0	2,56	4,54	3,2
δ, м	0,20	0,18	0,19	0,17	0,16	0,18	0,20	0,22	0,20	0,15
k, кПа	30	40	60	70	80	100	160	50	90	120

8.2. Определить коэффициент удельного сопротивления копанию бульдозером с шириной захвата отвала В, если при толщине стружки грунта δ, сопротивление копанию составляет R_x.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,2	3,1	2,1	4,54	4,43	3,92
δ, м	0,15	0,15	0,20	0,20	0,25	0,25	0,19	0,20	0,22	0,23
Rx, кН	60	20	30	50	70	46	27	54	65	45

8.3. Определить ширину захвата В отвала бульдозера, если удельное сопротивление копанию k_к, а толщина стружки грунта δ. Бульдозер монтируется на трактор тягового класса 5 (диапазон усилия 45…54 кН).

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
kк, кПа	30	40	50	60	70	80-	90	100	110	120
δ, м	0,18	0,19	0,20	0,18	0,19	0,20	0,18	0,19	0,20	0,20

8.4. Бульдозер монтируется на трактор тягового класса 4 (диапазон усилия 36…45 кН). Показать, для разработки каких категорий грунтов может быть использован бульдозер, если ширина захвата отвала В и толщина снимаемой стружки δ.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,2	3,1	2,1	3,92	3,2	2,1
δ, м	0,18	0,18	0,20	0,20	0,21	0,21	0,25	0,25	0,20	0,20

8.5. Бульдозер имеет высоту отвала Н. Определить величину заглублению отвала, необходимую для компенсации потери грунта при его перемещении на расстояние l, если угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, угол атаки θ = 90 град.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Н, м	1,55	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30
l, м	10	15	20	10	15	20	10	15	20	10
φот, град	30	30	30	35	35	35	40	40	40	35
kн	0,6	0,6	0,6	0,6	0,7	0,7	0,7	0,8	0,8	0,8

8.6. Определить объем грунта, теряемого при транспортировке на расстояние l, если для сохранения расчетной производительности бульдозера эти потери компенсируются заглублением ножа на величину h. Бульдозер имеет отвал высотой Н. Угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, а угол атаки θ = 90.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Н, м	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30	1,35
l, м	10	15	20	25	10	15	20	25	10	15
φот, град	40	40	40	30	30	30	35	35	35	40
kн	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6

8.7. Определить максимальную высоту отвала будьдозера, если грунт транспортируется на расстояние l. Угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, угол атаки θ = 80, заглубление ножа h.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
l, м	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
φот, град	30	30	30	30	35	35	35	40	40	40
kн	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6
h, мм	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,5	0,6	0,7	0,8	0,5

8.8. Определить ширину захвата отвала бульдозера, если объем призмы волочения V_пр, расстояние транспортирования l, а заглубление ножа h.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Vпр, м3	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
l, м	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11
h, мм	0,5	0,6	0,7	0,8	0,8	0,7	0,6	0,5	0,7	0,8

8.9. Определить объем призмы волочения V_пр при работе бульдозера, имеющего высоту отвала Н и ширину захвата В, если угол атаки θ, угол естественного откоса φ_от = 33, а коэффициент заполнения емкости перед отвалом k_н = 0,7.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,20	3,10	2,10	4,54	4,43	3,20
Н, м	1,55	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30
θ, град	90	80	70	90	80	70	90	80	70	90

8.10. Определить высоту Н отвала бульдозера, имеющего ширину захвата отвала В и транспортирующую призму волочения объемом V_пр, если угол атаки θ, угол естественного откоса φ_от = 37, а коэффициент заполнения k_н = 0,7.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,20	3,10	2,10	2,00	4,54	4,43
Vпр, м3	0,9	1,2	1,5	1,2	1,1	0,8	0,7	0,8	1,3	1,4
θ, град	70	80	90	85	75	85	87	88	80	89

8.11. Определить максимальную толщину стружки грунта в начале копания, если скрепер, имеющий массу m_c и ширину захвата ковша В, агрегатируется с трактором тягового класса 4, имеющим массу 8870 кг (Т-4А.01, ОАО – Алтайский трактор) и коэффициент сцепления движителей с грунтом φ_сц, удельное сопротивление копанию грунта k_к, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ = 0,2.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
mc, кг	6700	2380	6700	2380	6700	2750	6700	2380	2750	2700
В, м	2,67	2,20	2,67	2,20	2,67	2,10	2,67	2,20	2,10	2,20
φсц	1,0	1,0	0,9	0,9	0,95	1,0	0,85	0,9	0,9	0,95
kк, кПа	120	140	150	200	170	200	145	190	220	250

8.12. Определить тяговое усилие тягача, если прицепной скрепер, имеющий массу m_c = 2380 кг и ширину захвата ковша В=2,1 м, разрабатывает грунт с удельным сопротивлением копанию k_к. Максимальная толщина стружки δ_max, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ = 0,2.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
kк, кПа	30	50	80	100	130	150	200	230	250	300
δmax, мм	120	100	80	60	80	50	16	14	12	10

8.13. Определить коэффициент сопротивления движению скрепера μ, если максимальная толщина стружки δ_max, удельное сопротивление копанию грунта k_к. Максимальное тяговое усилие трактора F_т = 64200 Н, а ширина захвата ковша скрепера В = 2,1 м, масса скрепера 2748 кг.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
δmax, мм	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
kк, кПа	100	100	120	120	150	150	70	70	60	60

8.14. Скрепер агрегатируется с трактором тягового класса 5 (диапазон тягового усилия 45…54 кН). Показать, для разработки каких категорий грунтов может быть использован прицепной скрепер, если ширина захвата ковша В, толщина стружки δ_max, масса скрепера m_с, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ = 0,2.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В, м	2,67	3,20	2,10	2,67	3,20	2,10	2,67	3,20	2,10	2,67
δmax, мм	50	60	70	60	70	80	70	80	90	90
mc, кг	6700	10000	2748	6700	10000	2748	6700	10000	2748	6700