Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ГРУНТАСтр 1 из 7Следующая ⇒
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов направления 270100 «Строительство»
Ижевск, 2013 УДК 69.002.5 М
Рецензент:
Составитель: Закиров М.Ф., канд. техн. наук
Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Строительные и дорожные машины» ИжГТУ (протокол №10 от 20 сентября 2013 г.)
УДК 69.002.5
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270100.62 «Строительство», профиль «Механизация и автоматизация строительства», и по специальности 270113.65 «Механизация и автоматизация строительства», при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Машины для земляных работ».
© Закиров М.Ф., составление, 2013 © Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2013 Оглавление
Лабораторная работа №1. Определение силы резания грунта бульдозером…...............................................................………......... 4 Лабораторная работа №2. Определение производительности бульдозера при разработке и перемещении грунта…………...…... 13 Лабораторная работа №3. Определение производительности рыхлителя по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования………................................................................. 23 Лабораторная работа №4. Определение производительности скрепера………………………………...............…………………….. 29 Лабораторная работа №5. Определение производительности одноковшового экскаватора.....................................…………......... 36 Лабораторная работа №6. Определение рабочих параметров гидросистемы одноковшового экскаватора…………..................... 41 Лабораторная работа №7. Определение основных параметров одноковшового фронтального погрузчика.............…………......... 47 Лабораторная работа №8. Тягово-мощностной расчет машин для земляных работ…………............................................................ 53 Список литературы………………………………………….……….. 59
Лабораторная работа №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ГРУНТА БУЛЬДОЗЕРОМ
Цель работы: Рассчитать максимальную силу резания P грунта ножом бульдозера при отделении стружки заданной толщины.
Содержание работы 1) При изучении сведений о способах расчета сил резания обращаем внимание на пространственный характер взаимодействия ножа с грунтом и на большое влияние затупления и износа ножей на сопротивление грунта резанию. Необходимо твердо усвоить смысл и обозначения величин, входящих в расчетные формулы. 2) Для расчета необходимо вычертить схемы положения отвала с обозначением размеров среза (рис. 1.1); приложения среднемаксимальных сил резания (рис. 1.2). 3) Выбирая формулу для расчета, следует иметь в виду, что режущая часть отвала бульдозера — простой нож, отделяющий стружку. Поэтому расчет можно вести по формуле: (1.1) или (1.2) Однако в связи с тем, что по заданию известен только один параметр крепости грунта mсв, для расчета следует использовать формулу ориентировочного определения силы резания, которая для простого ножа с затупленной режущей кромкой приобретает вид: (1.3) или (1.4) где: — площадь центральной части среза; — площадь боковых расширений среза; — длина среза боковыми ребрами ножа; — длина затупленной режущей кромки (т.е. длина отвала).
Рис. 1.1. Схема положения отвала и размеры среза
Рис. 1.2. Схема приложения силы резания
4) Коэффициент влияния угла резания j принимаем по табл. 1.1 в соответствии с величиной угла резания d (табл. 1.2). Таблица 1.1. Коэффициент влияния угла резания
Таблица 1.2. Технические характеристики бульдозеров
Числовые значения коэффициентов hбок и hбок.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 hзат определяем по табл. 1.3 в соответствии с радиусом затупления ножа R по заданию. В случае отсутствия в табл. 1.3 нужной толщины среза h, величину hзат/R определяем, применив линейную интерполяцию.
Таблица 1.3. К определению коэффициента, характеризующего влияние затупления режущей кромки
Порядок выполнения работы 1. Изучить и усвоить сведения о способах расчета силы резания грунта. 2. Вычертить расчетные схемы (рис. 1.1, 1.2). На схемах указать размеры и величины по заданию (табл. 1.4). 3. Написать общую расчетную формулу с объяснением составляющих ее величин. 4. Определить числовые значения величин, входящих в расчетную формулу. 5. Вычислить среднемаксимальную силу резания Р. 6. 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). Таблица 1.4. Исходные данные
Пример расчета В качестве примера вычислим среднемаксимальную силу резания P ножом 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 d =55º. Значение коэффициента влияния угла резания j при угле резанияd =550 равно 1, 7 (табл. 1.1). Для грунта 3-й категории(глина) коэффициент hбок принимаем равным 0, 52; а коэффициент hбок.ср = 76, 0 Значение коэффициента hзат (влияние затупления режущей кромки) определяем по табл. 1.3. Для R = 2 мми h = 12 см величина отношения hзат/R не определена, поэтому используем линейную интерполяцию. Из табл. 1.3 известны величины hзат/R для «соседних» (по сравнению с заданной) h = 10 см и h = 15 см — 0, 072 и 0, 061 соответственно (см. график на рис. 1.3)
Рис. 1.3. К определению hзат для заданной толщины среза
При достаточно точных построениях можно определить hзат/R графически, но более точный результат дает аналитический способ. При изменении толщины среза h на 1 см соответствующее изменение отношения hзат/R будет равно: (1.5) Теперь для того, чтобы определить hзат/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 g =360.
Таблица 1.5. Характеристика зоны разрушения грунта
Подсчитаем значения составляющих для расчетной формулы: ; ; ; ; ; ; . Подставив значения всех параметров в 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 лобовоесопротивление Pсв и сопротивлениеотзатупления ножа Pзат, а резание грунта может быть выполнено только на 1-й передаче базового трактора.
Возможен вариант, когда в результате расчета усилие резания Р получается больше 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: ; h1 = 11718, 8 см, а h2 = 16, 5 см. Анализ показывает, что смысл имеет только второй корень, т.е. возможная толщина среза h при заданных условиях может составить примерно 16, 5 см.
Контрольные вопросы 1. Перечислите методы расчета сил резания. 2. Какие величины входят в расчетные формулы определения сил резания? 3. Какое влияние оказывает затупление и износ ножей отвала на силу резания? 4. Какое влияние оказывает угол резания на сопротивление? 5. Что такое лобовое сопротивление резанию? 6. Что означает если полученное усилие резания больше тягового усилия бульдозера на 1-й передаче? 7. Как определить возможную толщину среза грунта? 8. Какая составляющая в суммарной силе резания наибольшая?
Лабораторная работа№2 Содержание работы На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис. 2.1) могут быть установлены бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2 и 4.
Рис. 2.1. Навесное оборудование бульдозера
Производительность бульдозера П, м3/ч, при разработке и перемещении грунта: (2.1) где: - ширина призмы грунта впереди отвала, м; — длина и высота отвала, м; — угол естественного откоса грунта в движении, град; — коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным ; — дальность перемещения грунта, м, — число циклов за 1 час работы; — продолжительность цикла, с; —время резания грунта, с; —длина пути резания (обычно 6.. 15 м); —скорость движения трактора при резании грунта, м/с; — время перемещения грунта, с; — путь перемещения грунта, м; — скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с; — время обратного хода трактора, с; — скорость движения трактора при обратном его ходе, м/с; — дополнительное время, с (в дополнительное входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.); — коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема рыхлого грунта к объему того же грунта в плотном теле (1, 12 — для песчаных; 1, 22 — для суглинистых; 1, 3 — для глинистых грунтов). Скорость движения трактора (табл. 2.1) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера. Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером: (2.2)
где: W1 — сопротивление грунта резанию: , (2.3)
где: b — длина отвала, м; — угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град; с — толщина срезаемого слоя, м; k — коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров; W2 — сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала: (2.4) где — угол естественного откоса грунта( =40...45°); — плотность грунта; — ускорение свободного падения; — коэффициент трения грунта по грунту (0, 4...0, 8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов); — уклон пути, W3 — сопротивление трению грунта по отвалу: (2.5) где: δ — угол резания (50...55°); µ' — коэффициент трения грунта по стали (µ'=0, 7...0, 8 для глины; µ'=0, 5...0, 6 — для суглинка и супеси; µ' =0, 35...0, 5 — для песка); W4 — сопротивление движению бульдозера с трактором: (2.6) где G — вес бульдозера с трактором; ω 0 — удельное сопротивление движению (0, 15 - 0, 12, меньшее для плотных грунтов). Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и больше общего сопротивления передвижению. Тяговое усилие, развиваемое трактором: (2.6) где: — мощность двигателя; — КПД трансмиссии; — скорость передвижения. Сила тяги по сцеплению: (2.7) где: — сцепной вес машины; — коэффициент сцепления. Условие движения без буксования: (2.8) Объем грунта в призме волочения: (2.9)
Порядок выполнения работы Определить производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта. Исходные данные принять по таблице 2.3 согласно номеру варианта, заданного преподавателем.
Таблица 2.1. Основные параметры гусеничных тракторов
Продолжение таблицы 2.1
В качестве примера определим производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала b = 3, 2 м, высота отвала h = 1, 3 м. Масса трактора с навесным оборудованием т = 17280 кг. Разрабатываемый грунт — плотный суглинок γ = 1700 кг/м3. Место работы — горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора α = 90°.
Тяговое усилие, развиваемое трактором при Nдв = 118 кВт, η = 0, 8 и скорости движения v = 3, 7 км/ч =1, 03 м/с: Сила тяги по сцеплению (формула 2.7) при движении бульдозера по плотному грунту (φ = 0, 9): . Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при φ = 40°, α = 90° и µ=0, 4 по формуле (2.4): Сопротивление от трения грунта по отвалу по формуле (2.5): Сопротивление движению бульдозера по формуле (2.6): Свободная сила тяги (запас тягового усилия) по сцепному весу:
По мощности: Для дальнейших расчетов следует принимать меньшее значение. Расчетная глубина резания (толщина стружки грунта) из формулы (2.3): Для разрабатываемого грунта — плотного суглинка k = 0, 14МПа (по табл. 2.2). В конце набора грунта В начале копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, свободная сила тяги: Отвал бульдозера может быть опущен на глубину:
Таблица 2.2. Значения удельных сопротивлений грунта резанию и копанию, МПа
Средняя толщина срезаемого слоя: Длина участка набора грунта:
Выбираем скорости движения на участках: набора грунта =3, 7 км/ч, транспортирования =4, 4 км/ч, движения задним ходом =4, 96 км/ч.
Продолжительность элементов цикла:
где: l1, — длина участка; — скорость движения машины. Продолжительность набора грунта: Продолжительность транспортирования грунта: Продолжительность движения задним ходом: Дополнительное время на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t4 = 30 с. Продолжительность цикла:
Число циклов за один час работы:
Коэффициент, учитывающий потери грунта: Производительность бульдозера по формуле (2.1):
Таблица 2.3. Исходные данные
Контрольные вопросы 1. Как определяется производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта? 2. Что такое призма волочения? Ее основные размеры? 3. Что такое коэффициент разрыхления грунта? От чего он зависит? 4. Из каких сопротивлений состоит усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером? 5. Что представляет условие движения без буксования? 6. Как можно определить расчетную глубину резания (толщина стружки грунта)? 7. Из каких элементов состоит рабочий цикл бульдозера? Как определяется продолжительность элементов цикла? 8. Каким образом учитываются потери грунта при перемещении бульдозером?
Лабораторная работа №3 ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
Цель работы: определить производительность рыхлителя на гусеничном тракторе по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования.
Содержание работы Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м3/ч: (3.1) где: — скорость движения рыхлителя, км/ч; hp — глубина рыхления, м; bР — ширина полосы рыхления одним зубом (2...4hР, причем большие значения соответствуют материалам слоистой структуры с горизонтальным расположением слоев); z — число зубьев; k1 — коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости (0, 7...0, 8); k2 — коэффициент, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта (0, 6...0, 8, причем меньшие значения соответствуют грунтам, образующим крупный скол, глыбы); k3 — число проходов по одному резу; k4 — число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки грунта к транспортированию. Время набора грунта бульдозером: (3.2) где - длина пути набора грунта бульдозером; -скорость трактора.
Площадь разрабатываемого участка: (3.3) где: ПЭ – сменная производительность; Н – высота отвала. Коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании: (3.4) где: L – длина стороны участка. Время перемещения грунта на второй скорости трактора: (3.5) где: – скорость трактора; l2 – длина стороны участка. Время возвращения бульдозера задним ходом: (3.6) где: – скорость движения трактора задним ходом. Производительность бульдозера: Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-03; Просмотров: 4510; Нарушение авторского права страницы