УДК 621.878.23-182.38

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ БУЛЬДОЗЕРА

Богданова Елена Олеговна
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
студентка кафедры «Строительное производство и геотехника»

Аннотация
Проанализированы особенности бульдозерного отвала с устройством стабилизации глубины резания грунта. Представлены конструктивные схемы устройства стабилизации процессов резания и методы вычислений заглубляющих и выглубляющих сил, которые поддерживают параметры разработки грунта в оптимальном диапазоне.

Ключевые слова: бульдозер, глубина резания, задний угол резания, отвал, погрузочно-транспортные машины, рабочее оборудование, угол резания, устройство стабилизации глубины резания


IMPROVING THE EFFICIENCY OF BULDOZER WORK EQUIPMENT

Bogdanova Elena Olegovna
Perm National Research Polytechnic University
Student of the department «Construction Operations and Geotechnics»

Abstract
Peculiarities of dozer equipment with the stabilizing mechanism of the cutting depth has been analyzed. The proposed design scheme of the mechanism of stabilization of the thickness of the cut and the method of calculation of the forces that determine the stability of the excavation.

Keywords: bad-haul-dump machines, blade, bulldozer, cutting depth, mechanism of stabilization of the cutting thick layers of soil, rear angle of the cutting, the cutting angle, work equipment


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Богданова Е.О. Повышение эффективности рабочего оборудования бульдозера // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/10/72905 (дата обращения: 19.11.2016).

Бульдозер – это самоходная землеройная машина, которая монтируется на тракторе или тягаче в виде рамы с широким ножом, расположенным вне базы ходовой части. Бульдозер состоит из: отвала с режущим элементом; рамы; подкосов; звеньев наклона; гидроцилиндров подъема и опускания отвала.
Бульдозерное рабочее оборудование крепится к ходовой части с помощью двух шаровых опор. Угол отвала помогают регулировать раскосы, которые, в свою очередь, могут быть жесткими, винтовыми и гидроцилиндрами: жесткие раскосы обеспечивают неизменность длины после установки угла наклона и перекоса. Используют для работы с мелкокусковыми сыпучими материалами; винтовые – обеспечивают изменение длины, угла и перекоса; гидроцилиндры позволяют регулировать перекос и угол наклона. 
Существует несколько видов отвалов в зависимости от назначения: угольные, для древесной щепы, для мусорных свалок, торфяные, корчеватели, но самые распространенные из них – это прямые, полусферические и сферические.

Рисунок 1. Размерно-геометрические параметры бульдозерного отвала

Прямой отвал используется при разработке широкого диапазона немерзлых грунтов, включая легкие скальные. Сферические отвалы эффективны при перемещении значительных объемов легких грунтов на расстояния до 200 м, но при этом являются самыми энергоемкими. Полусферические сочетают способности прямого отвала хорошо врезаться в плотный грунт и сферического отвала перемещать большие объемы материала за счет коротких боковых секций, установленных под углом до 25° к центральной секции, а также позволяет осуществлять рабочий процесс с перекосом [2]. 
К параметрам отвала относятся: угол наклона отвала е; угол наклона козырька ц; радиус рабочей поверхности отвала R; угол резания д; задний угол и.

Рисунок 2. Схема стабилизации глубины резания с регулируемым элементом и реологическим эквивалентом процесса разработки грунта: 1 – контроль прочности грунта; 2 – управление элементом стабилизации глубины резания; 3 – отвал; 4 – задняя опорная стенка ножа отвала

Угол наклона отвала ц — угол между плоскостью движения кромки ножей отвала и плоскостью движения бульдозера, от него зависит глубина и ширина резания.
Угол резания д — угол между плоскостью резания и передней поверхностью, оказывает большое влияния на энергоемкость процесса резания. Оптимальным значением угла является 55°, меньшие значения подходят для сыпучих и кусковых грунтов, большие – для легких связных.
Задним углом и называют угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.
Отвал присоединяется к базовой машине при помощи специальных толкающих брусьев или рамы и гидроцилиндров. Брусья передают отвалу тяговые усилия от базовой машины, а рама с гидроцилиндрами осуществляет подъем и опускание отвала.
Рабочий цикл бульдозера состоит из:Наполнения отвала;
Перемещения грунта с подрезанием и разравниваем;
Разгрузки грунта;
Холостого хода [2].В современных бульдозерах, при срезании стружки, образовывается призма волочения. При полном заполнении отвала, его поднимают и переносят к месту отгрузки, срезая слой стружки небольшой величины, при этом идут большие потери грунта (объема призмы волочения). Традиционное рабочее оборудование не может срезать стружку большей толщины, а заглубление отвала в грунт идет до тех пор, пока сопротивление движению не превысит величину силы тяги. 
Система стабилизации глубины резания грунта в автоматическом режиме обеспечивает разработку грунта со стружкой большей толщины без потерь бульдозером способности к движению [10]. Надежность такой стабилизации заключается в том, что идет ограничение глубины погружения отвала на требуемую величину его положения относительно горизонта за счет регуляции силы сопротивления ножа заглублению. Это достигается путем увеличения силы сопротивления, действующей на задней рабочей поверхности отвала при его погружении.
В такой системе стабилизация осуществляется благодаря введению регулирующего элемента, который ограничивает толщину срезаемой стружки. Величина резания зависит от изменения заднего угла резания и длины опорного регулируемого элемента. Стабилизация происходит за счет равновесия сил, способствующих заглублению отвала в грунт (действуют на центральной части поверхности ножа) и сил сопротивления, препятствующих этому процессу (действуют на задней поверхности ножа или на поверхности специального опорного элемента) [10]. 
Составим уравнение равновесия сил:

, (1)

где  – сила, заглубляющая отвал в грунт и действующая на центральной части поверхности ножа, Н; 
 – реактивная выглубляющая сила, препятствующая заглублению отвала в грунт и действующая на задней поверхности ножа или опорного элемента, Н.
Силы сопротивления определяются с помощью принятой реологической модели взаимодействия отвала с грунтом, обладающим сцеплением и трением.

 = cos; (2)

cos, (3)

где Ссц.зг и Ссц.вг – сцепление среды при сдвиговых воздействиях и сжатии, Н/м2; 
lзг и lвг – длина режущей поверхности ножа и задней его поверхности или опорного элемента, м;
bзг и bвг – ширина режущей поверхности ножа и задней его поверхности или опорного элемента, м; 
бр и бз – угол резания и задний угол ножа (угол поворота опорного элемента), град (рис.2)
Подставим уравнения (2) и (3) в уравнение (1):

Ссц.згlзгbзгcosбр = Ссц.вгlвгbвгcosбз, (4)

где lзг = hр/sinбр, м.
Тогда

Ссц.згhрbзг = Ссц.вгlвгbвгcosбз (5)

Стабилизирующая глубина резания равна:

. (6)

Для углов резания бр = 45є при равной ширине передней и задней поверхностей ножа можно получить упрощённую зависимость:

. (7)

Таким образом, глубина резания при стабилизации зависит от прочностных свойств грунта, длины задней опорной поверхности (подвижной задней стенки) ножа отвала и угла наклона задней стенки к горизонту. При увеличении прочности грунта для стабилизации отвала потребуется либо увеличение длины, либо угла наклона подвижной задней стенки. 
Система стабилизации глубины резания грунта работает при помощи специального сигнала датчиков измерения прочности грунта, которые осуществляют контроль грунта на всей глубине резания. Датчик бесконтактного типа регистрирует величину Ссц и, исходя из нее, определяет прочность грунта. С изменением прочности сигнал генерируется на соответствующее изменение угла наклона или длины задней опорной стенки ножа, при этом увеличивается сила сопротивления, которая препятствует заглублению отвала, и тем самым стабилизируется глубина резания [11]. 
Недостатком метода стабилизации глубины резания путем введения регулирующего элемента является рост горизонтальной составляющей силы сопротивлению резанию. 
Рассмотрим методы устранения этого недостатка. Как показано на рисунке 3, а уменьшение горизонтальной составляющей можно произвести путем установки на ограничительном опорном элементе системы опорных катков.

Рисунок 3. Варианты исполнения системы стабилизации глубины резания с регулирующим элементом: а – регулирующий элемент(лыжа) с системой опорных катков; б – регулирующий элемент, расположенный за пределами отвала.

Также регулируемый элемент стабилизации глубины резания может быть вынесен за пределы задней поверхности ножа отвала вперед или назад (рис. 3,б).
Таким образом, метод регулирования глубины резания с помощью введения регулирующего элемента позволяет получать ровную поверхность.
Вывод: 
Бульдозеры с системой стабилизации глубины резания грунта можно эффективно использовать на небольших участках при разработке грунта стружкой большой толщины, при этом будет обеспечиваться быстрое наполнение призмы волочения, а также бульдозер не будет останавливаться. Такие устройства обеспечивают разработку ровной поверхности, что повышает эффективность и качество работ.


Библиографический список
  1. Машины для земляных работ. Конструкция. Расчёт. Потребительские свойства: в 2-х кн. Кн. 1. Экскаваторы и землеройно-транспортные машины: учеб. пособие для вузов / В.И. Баловнев, С.Н. Глаголев, Р.Г. Данилов [и др.]; под общ. ред. В.И. Баловнева. 2-е изд., стер. Белгород: Изд-во БГТУ,2012. 401 с.
  2. Бульдозеры и рыхлители. Устройство, основы расчёта: учеб. пособие / В.И. Баловнев, Р.Г. Данилов, Г.В. Кустарёв, К.К. Шестопалов; под общ. ред. В.И. Баловнева. М.: МАДИ, 2013. 160 с.
  3. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1971. 368 с.
  4. Баловнев В.И., Данилов Р.Г. Система регулирования глубины резания грунта// Строительные и дорожные машины. 2015. № 6. С. 48-51.
  5. Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. Для строи. Вузов / С.С Добронравов, В.Г.Дронов. – 2-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2006. – 575 с.: ил.
  6. Строительные машины; Учебник / Волков Д.П., Крикун В.Я. Издание второе, перераб. и доп. 376 стр. с илл.
  7. Строительные машины и оборудование // Сергеев В.П. – Учеб. для вузов по спец. “Строит. машины и оборудование”. – М.: Высш. шк., 1987.-376 с.: ил.
  8. Строительные машины и оборудование. // Заленский В.С., Иванов А.И. - Стройиздат. Москва. 1979 – 328 с.
  9. Строительные машины // М.И.Гальперин, Домбровский Н.Г. – Учебник для вузов. - Высшая школа, 1980. – 342 с.
  10. Пат. № 2153146, РФ. Стабилизирующее устройство. 2000.
  11. Пат. № 2169356, РФ. Способ определения прочности грунта. 2001


Все статьи автора «Богданова Елена Олеговна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация