автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Интенсификация рабочего процесса бульдозерного отвала с выступающими ножами

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

ОД На правах рукописи

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА БУЛЬДОЗЕРНОГО. ОТВАЛА С ШСТУПАЩЙШ НОТАМИ "

05.05.04 - Ыашны для земляных и дорожных работ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КОРОТКИХ Владислав Борисова

УДК 621.879.3.064.2

Днепропетровск 1995

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена на кафедре "Строительных и дорожных машин" Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор,

заслуженный изобретатель УКРАИНЫ, акадешк АС УКРАИНЫ Хцара Леонид Андреевич.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор,

акадешк АС УКРАИНЫ Черненко Виталий Константинович; — кандидат технических наук, профессор, член-корреспондент АТ УКРАИНЫ Лысяков Евгений Николаевич.

Ведущая организация — Бердянский завод ПО "Евдориаш".

Задата состоится "/Л" ¿Я.? 1996 г. в / ?часов на заседании специализированного ученого совета К 03.07.03 в Приднепровской государственной акадеши строительства и архитектуры по адресу: 320600, Днепропетровск, ул. Чернышевского, 24-А, ПГАСА, ауд.202.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Приднепровской государственной акадеши строительства и архитектуры.

Автореферат разослан " /¿?" ¿7/ 1996 года. Отзыв представляется в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью. Телефон для справок: 47-35-22. Ученый секретарь специализированного ученого совета К 03.07.03, __

к.т.н., профессор ~ ""Колесник Н.П.

ПДАБтаА. ВТД I ШТ.

Пщп. до печал 26.12.95Р. . формат 60x84 1/16. Пашр друкар.

Умовно-печ.лист. 1.240 Уч.-вид.лист. 1.020 Тираж 5О ПР.

прим!рн. Заказ № ¿8_, Безкоштовно.

320600, м.Днюропетровськ, вул.Чернишевського, 24-а,

поилн'тпттг.кк-а поп^^юич л^пл..:« л..-:-..............

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В связи с болыними объемами строительства на Украине предусматривается значительное увеличение земляных работ. Особую актуальность в связи с этим приобретают вопросы повышения производительности землеройно-транспортных машин и их экономической эффективности.

Наиболее распространенной и часто используемой землеройно-транспортной машиной является бульдозер с рабочим органом (РО) традиционного типа. Среди многих методов интенсификации процессов разработки грунтов РО бульдозера перспективным является метод совершенствования ножевой системы отвала, а именно выступающего среднего ножа (ВОТ). Использование бульдозера с отвалом, оснащенным ВСЯ позволяет повысить производительность земляных работ, а также адаптировать его к различным грунтовым условиям.

Перспективным направлением развития ВСН является, оснащение отвала бульдозера выступающими ножами (ВН) и боковыми косынками (БК), что позволит повысить экономическую эффективность бульдозеров.

Исходя из перечисленного следует, что проблема исследования и определения рациональных параметров РО бульдозера и, в частности, отвала бульдозера, оснащенного ВН и БК, является актуальной.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является интенсификация рабочего процесса бульдозера путем оснащения рабочего оборудования ВН и БК и обоснование их рациональных параметров.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы определяется:

1. Сформированным рядом новых технических решений (ТР) РО бульдозеров, оснащенных ВН и БК.

2. Математическими моделями, описывающими сопротивления грунта копанию, энергоемкость и производительность бульдозера, оснащенного отвалом с ВН и БК, при разработке различных категорий грунтов.

3. Результатами экспериментальных исследований режущих ножей (РН) различной конфигурации с использованием ударника КИСИ.

4. Многофакторными экспериментальными регрессионными моделями процесса копания грунта отвалом бульдозера с ВН и БК для различных категорий разрабатываемых грунтов.

5. Полученными результатами эксплуатационных испытаний РО бульдозера с ВН и БК.

6. Методикой определения рациональных параметров бульдозер- . ного отвала, оснащенного ВН и БК.

7. Конструктивными предложениями по созданию высокоэффектив-

ных РО бульдозеров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ определяется разработанными методиками расчета и определения рациональных параметров и созданием высокоэффективных РО бульдозеров, оснащенных ВН и БК; полученным экономическим эффектом от внедрения в народное хозяйство разработанного отвала бульдозера с ВН и БК; использованием результатов исследований кафедрой "Строительных и дорожных машин" ("СДМ") Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСА) при выполнении научно-исследовательских работ, а также в учебном процессе при подготовке инженеров-механиков по специальности 15.04 "Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование". РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Методики определения рациональных параметров бульдозерного отвала, оснащенного ВН и БК переданы в трест "Днепростроймеханизация" (г.Днепропетровск), трест "Строймехани-зация" (г.Норильск), УАПКТИ "Укрстальпроект" (г.Днепропетровск), АО "Норильскгазпром" (г.Норильск), Специализированное управление строительства (г.Норильск).

Методики расчета сопротивления грунта копанию и технической производительности бульзера, оснащенного ВН и БК, а также программы расчета на ЭВМ внедрены в учебный процесс кафедр "СДМ" ПГАСА, ХГАДТУ, кафедры "Строительных и мелиаративных машин" УИИВТ (г.Ровно при подготовке инженеров-механиков по специальности 15.04 "Подъемно транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование".

Материалы работы использовались при выполнении научно-исследовательской работы на тему: "Повышение эффективности бульдозерно-рыхлительного оборудования" (номер гос. per. N 728).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались на заседаниях и научных семинарах кафедры "СДО" ПГАСА (1991-1995 г.г.), научно-технических конференциях ПГАСА (1991-1995 г.г.), 50, 51 и 52-й научно-практических конференцих КИСИ (1992-1994 г.г.), 1 и 2-й Всероссийских конференциях с международным участием ВИСИ (г.Воронеж, 1992, 1994 гг.), I и II-ом Международных симпозиумах украинских инженеров-механиков в г.Львове (1993, 1995 гг.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 10 статей, получено 1 патент Российской Федерации, 5 положительных решений Госкоыизобретений СССР о выдаче авторских свидетельств и 2 положительных решения ВНИГПЭ о выдаче патентов Российской Федерации, 2 положительных решения ЦНИШ! о выдаче патентов Украины.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав,

общих выводов, списка используемой литературы и приложения. Работа в целом имеет 244 страниц;, в том числе 137 страниц машинописного текста, рисунков на 55 страницах и 52 страницы приложения.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ;

— сформированные новые ТР РО бульдозеров, оснащенных ВН и БК;

— математические модели, описывающие сопротивления грунта копанию, энергоемкость и производительность бульдозера, оснащенного отвалом с ВН и БК, при разработке различных категорий грунтов;

— результаты экспериментальных исследований РН различной конфигурации с использованием ударника КИСИ;

— результаты экспериментальных исследований взаимодействия со средой рабочего оборудования бульдозера с ВН и БК;

— сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований;

— методика определения рациональных параметров бульдозерного отвала, оснащенного ВН и БК для различных размерных групп бульдозеров;

— конструктивные предложения по созданию высокоэффективных РО бульдозеров.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ представлены основные положения теории резания и копания грунтов, методы интенсификации их разработки, а также выполнен обзор и анализ ТР отвалов бульдозеров, оборудованных ВСН повышенной эффективности и анализ их развития.

Большой вклад в развитие теории резания и копания грунтов и методов интенсификации рабочих процессов бульдозеров внесли советские ученые - К.А.Артемьев, И.Я.Аизеншток, В.Л.Баладинский, В.И.Баловнев, В.С.Березин, Ю.А.Ветров," Д.П.Волков, В.П.Горячкин, В.Я.Дворковой, Н.Г.Домбровский, А.Б.Ермилов, А.Н.Зеленин, А.П.Крившн, Е.М.Кудрявцев, Э.Н.Кузин, Е.Н.Лысиков, И.А.Недорезов, П.И.Никулин, В.В.Ничке, Р.Л.Раденков, А.В.Раннев, А.К.Рейш,

A.В.Рубайлов, В.К.Руднев, В.Н.Смирнов, В.П.Станевский,

B.К.Тимошенко, А.И.Уткин, Д.И.Федоров, Н.Ф.Федотов, Н.Я.Хархута, Л.А.Хмара, А.М.Холодов, В.К.Черненко, С.В.Шатов, и др., а также зарубежные ученые - Е.Динглингер, Ф.Кинаст, Г.Кюн, И.Ратье.

Анализ конструкций бульдозерных РО показал, что наиболее перспективный тип интенсификатора, адаптирующий форму отвала бульдозера, является ВСН. Использование ВСН позволяет существенно увеличить удельный момент сил, действующий со стороны бульдозера

сверху вниз на отвал при его заглублении в массив грунта, и удельную силу тяги при поступательном перемещении бульдозера, приходящуюся на единицу длины режущей кромки отвала. Анализ конструкций бульдозерных отвалов с БСН позволяет сделать вывод о необходимости исследования, разработки и создания отвала бульдозера, оборудованного рядом ВН и БК, установленных по обе стороны от ВН.

Рассмотренные в главе положения позволяют сформулировать задачи исследований, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:

- выполнить анализ основных направлений интенсификации земляных работ машинами с отвальными РО;

- выполнить анализ геометрических характеристик разрушения грунта в процессе его резания оборудованием рассматриваемого типа;

- разработать математические модели, описывающие сопротивления грунта копанию, и массу призмы волочения при разработке различного типа грунта отвалом бульдозера, оснащенного ВН и БК;

- разработать математические модели, описывающие производительность бульдозера, оснащенного ВН и БК, с учетом затрат времени на процесс заглубления отвала в грунт;

- установить закономерности процесса резания грунта РН различной конфигурации;

- разработать многофакторные экспериментальные регрессионные модели процесса копания грунтов отвалами бульдозера с ВН и БК для различных категорий разрабатываемых грунтов;

- разработать натурный РО бульдозера и провести эксплуатационные испытания;

- произвести сопоставление результатов теоретических и экспериментальных, лабораторных и эксплуатационных исследований;

- разработать методики определения рациональных параметров бульдозерного отвалов с ВН и БК для различных размерных груш бульдозеров;

- разработать методики и конструктивные предложения по созданию высокоэффективных РО бульдозеров.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ выполнены теоретические исследования процесса взаимодействия с грунтом бульдозерного отвала, оснащенного ВН и БК.

В результате теоретического анализа выполнено формирование новых РО бульдозера с ВН и БК на основе расчленения математической модели процесса на составляющие элементы с последующим их объединением в новую систему. В качестве математической модели процесса использовано выражение в виде суммы ряда действующих сопротивлений,

Таблица

Общая схема формирования рабочих органов бульдозера с БН и БК

Количество ВН Параметры,.характеризующие отвалы с ВН и БК Схема отвала с ВН и БК

ВН-1 ■ 3TJ ô¥-, hrJ hti <*r i <*V ; <fsic> fis* УсГ-Г у-1-^ 1 и 1 M r

s i >—

¡Set /К —I— B4 V-'

ВН=2 Briôij Ô2t fiT>h{> h2 i 0tT'jc£it<£zï ÏÏsù ûs-jc ) Ur s-h-гч i

fa s 4ч & A—

- Вт , i

ВН=3 âr/B^f'â^iâj) il 7}th]fl2ikl', cCricC/z'cO^/cCj; Kfc ! В SK >--- j ci v

-у? •«-

- 1 >

XXI 'le Ж 'fv i

ВН=п 8r'> ... Впцн> fir } h/... Ь-Пдн* Y5к') &SK j r\ <N V

¥ - Вт ОПам

связь между которыми определяется структурой функционирования отвал;

Использование методов расчленения математической модели процесса копания грунта на составляющие элементы и функционального анализа элементов конструкции отвала бульдозера, разработанные д. т. к., профессорами В.И.Баловневым и Л.А.Хмарой позволило сформировать более 50 ТР Р0 бульдозера с ВН и БК. Общая схема формирования РО бульдозера с ВН и БК представлена в таблице.

На кафедре "СДО" ПГАСА разработанны конструкции РО бульдозера, оборудованные одним, двумя и более ВН и БК, которые установлены по обе стороны от ВН. На рис.1 приведены расчетные схемы определения сопротивления грунта копанию отвалом бульдозера с ВН и БК.

Уравнение сопротивления грунта копанию отвалом, оснащенным ВН и БК, имеет вид:

р _ рВН рВН рВН рВН, рВН рВН р т

гвн и бк~ гр.нозГ зат гб.н+ гр готв Гпр.гр+ гбк.кс' и'

Слагаемые уравнения сопротивления процесса копания грунта: ^рлгогГ сопротивление на передней поверхности ножа с учетом приг-рузки на вырезаемую стружку на отвале с ВН и БК; сопротивле-

ние на площадке затупления лезвия отвала с ВН и БК; РдНн - сопротивление от сил трения боковой грани ВН о грунт; Р^ - сопротивление трения грунта о грунт при движении пласта внутри призмы волочения для отвала с ВН и БК; Р^^ - сопротивление передвижению стружки грунта по отвалу с ВН и БК; Р^р рр- сопротивление сил трения по грунту при передвижении призмы волочения перед отвалом с ВН и БК; рбк.кс~ сопротивление сил трения боковой грани БК о грунт.

В диссертации получены математические модели для аналитического определения составляющих уравнения сопротивления грунта копанию сформированными моделями бульдозерных отвалов.

Математическая модель по определению сопротивлений грунтов копанию бульдозером с ВН и БК имеет вид:

Рвн и бк= + ^ А11|ввн ^ + Сш с!ёр (1 - 4-> +

+ Д^а1 + + «вХр *вв> А^Ди Из V 1-*В* + + Сш С1ёр (1 - 1 )] + (1 + гев) Аз (Вт - 2 Пщ ьрш)х

ВН

х Ьз [Д^ + Сш <^р (1 - 1 , + «

^ 1=1 в5вн

* [т 04 - \ кбок) + Сш ctgP/Aз + § ™ 3 + 2 18Р х

1=1 вн

Рис. I . Расчетная схема для определения сопротивления грунта копанию отвалом бульдозера с ВН и БК.

+ tgô A3 nBH [TpV bp2 + (h^ - hBH k60K)2 + PBH

+ + (2) 1=1 BH

где S Ввн- ширина отвала с BH и БК, м; ï^jj- глубина резания

отвалом с ВН и БК, м; с^- угол резания, град.; Ô- угол внешнего трения, град; 7- плотность грунта в плотном состоянии, т/м3; р-угол внутреннего трения грунта, град; А1, Ag, A3 - коэффициенты, определяемые аналитически; а- толщина срезаемого пласта; -

пригрузка на поднимаемый пласт грунта для отвала с ВН и БК, т/м2; Нот- высота отвала, м; 7 - плотность грунта в разрыхленном состоянии, т/м3; ширина площадки затупления, принимаемая

равной 0,01-0,02 м; п^- количество ВН.

Для расчета сопротивлений грунтов копанию разработаны программы на языке "Бейсик" для IBM. На рис.2 представлен график, характеризующий изменения сопротивления грунта копанию Рк от количества ВН (пвн), для глинистого грунта.

Также получена математическая модель для определения массы призмы волочения СЦр при разработке грунта бульдозером с отвалом, оснащенным ВН, как с БК, так и без БК, которая зависит от коэффициентов, учитывающих потери грунта в боковые валики и просыпание грунта в боковые расширения. На рис.3 и рис.4 представлены графики, характеризующие изменение массы призмы волочения G^ и отношения Pj/Gjjp от количества ВН (п^), для глинистого грунта.

Выполнен анализ изменения производительности бульдозера, характеризующейся основными конструктивными параметрами рабочего оборудования, тягово-сцепными свойствами движителя и конкретными условиями разрабатываемого грунта (рис.5).

Оснащение бульдозерного отвала одним, двумя, тремя ВН и БК, по сравнению с традиционным бульдозерным отвалом, обеспечивает снижение сопротивления грунта копанию (Рк) на 8...27% за счет образования боковых расширений прорези и уменьшения общей площади трения площадки затупления режущей кромки основного ножа. Масса

Рк. кН 300 270 240 210 180

Рис. 2. Изменение сопротивления грунта

копанию Р„ от количества ВН (П„„).

К Ьп

РЛр

кН/т

35 30 25 20

0 1 2 3 4 5 П Рис. 4. Изменение отношения Р^^пр от количества ВН (П0„).

___ Вп

- отвад, оснащедаый ВН и БК

1 ■ '-1-- Традиционный отвал

Я 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1

ВН

Рис. 3. Изменение массы призмы волочения от количества ВН

lip Ьп

Рис. 5. Изменение производительном

бульдозера П^ от количества ВН (

fcvSS^ -_отвал, оснащенный ВН

призмы волочения (G^) при копании грунта бульдозером с ВН и БК увеличивается по сравнению с бульдозером, оснащенным традиционным отвалом, на 12...15%. Показатель энергоемкости процесса копания грунта исследуемыми РО (P^G^) уменьшается по сравнению с бульдозером, оснащенным традиционным отвалом на 25...32%. Производительность бульдозера, оснащенного отвалом с ВН и БК, превосходит производительность бульдозера с традиционным отвалон на 15...32%.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложена методика лабораторных исследований по определению закономерностей изменения составляющих усилий копания грунта РО бульдозера, оборудованного ВН и БК от их основных геометрических параметров (ширина ВН, высота ВН, размеры БК, количество Ш и т.д. ), при условии изменения количества ВН (пвн), глубины резания ВН (\н) > угла резания ВН (Ор > и физико-механических свойств грунта, оцениваемых показанием числа ударов динамического плотномера ДорНИИ (Суд).

Экспериментальные исследования в лабораторных условиях проводились на физических моделях с использованием теории физического моделирования, разработанной д.т.н., профессором В.И.Баловневым.

Экспериментальные исследования предусматривали решение следующих основных задач:

- исследование на физических моделях РО бульдозера с ВН и БК основных схем взаимодействия с разрабатываемой средой и выявление механизма протекания процесса копания и физической сущности явлений, происходящих при этом;

- определение силовых и энергетических параметров рабочего процесса отвала бульдозера с ВН и БК для оценки достоверности результатов теоретических исследований;

- установление рациональных значений основных геометрических параметров отвала бульдозера с ВН и БК на основе полученных закономерностей;

- проведение испытаний натурного образца РО бульдозера.

С целью выявления взаимного влияния параметров РО, экспериментальные исследования проводились на основании теории планирования экспериментов, а результаты обрабатывались методами теории вероятности и математической статистики с применением вычислительной техники типа IBM.

В данной главе также предложена методика экспериментальных исследований по определению закономерностей изменения средней динамической силы резания, энергии единичного удара, которая реализуется на резание РН различной конфигурации ударника КИСИ,

как без БК, так и с БЕС, от изменения высоты падения рабочего груза Н1, количества ударов ПуД и ширины вырезаемой стружи Ь.

Экспериментальные исследования предусматривали решение следующих основных задач:

- исследование на стенде ПГАСА с использованием ударника КИСИ основных схем взаимодействия с разрабатываемой средой РН ударника

с БК и выявления физической сущности явлений, происходящих при этом;

- определение силовых и энергетических параметров рабочего процесса взаимодействия с грунтом РН ударника с БК;

- установление рациональных значений основных параметров взаимодействия РН ударника КИСИ с грунтом.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты лабораторных экспериментальных исследований с физическими моделями по определению сопротивлений грунта резанию РН различной конфигурации, а также результаты копания грунта физическими моделями отвала бульдозера с ВН и БК и произведено сопостовление результатов теоретических и экспериментальных исследований.

В результате проведения экспериментальных исследований на стенде, созданном на кафедре "СДМ" ПГАСА на базе ударника КИСИ, определены основные закономерности взаимодействия с разрабатываемой средой РН без БК и с БК.

По результатам экспериментов построены следующие зависимости Пу^ОЦ), ПуД=*(Ь>! Р-*«^), ?=»*№) ; 10=1^), ш=1 (Ь); Рд*!^). Рд=1(И); Рс=1 (Н1), РС=1(Ь); Рр/ш-КН^, Рд/т^Ог^Р^К^), РСЛ?=1(]1), где Пуд-количество ударов рабочего груза, удар; Н^-высота падения рабочего груза, м; Ь- ширина вырезаемой стружки, м; ?- площадь вырезаемой стружки, м2; ш- масса вырезаемого грунта, кг; Рд- динамическая сила резания,кН; Рс- статическая сила резания. Результаты экспериментальных исследований по определению характеристик взаимодействий с грунтом РН с БК показали их эффективность з сравнении с РН без БК.

На основе проведенных экспериментальных исследований на моде-шх отвала бульдозера, оснащенного ВН и БК, определены схемы взаи-кэдействия моделей Р0 бульдозера с разрабатываемой средой и меха-шзм протекания процесса копания, а также выявлены физические •.ущкости явлений, происходящих при этом. Подтверждены расчетные :хемы и допущения, принятые при теоретических исследованиях.

Многофакторные экспериментальные исследования, выполненные с ^пользованием матрицы центрального ротатабельного планирования торого порядка, позволили получить регрессионные модели зависи-

мостей силовых и энергетических характеристик процесса взаимодействия РО бульдозера, оснащенного ВН и БК при копании горизонтальной грунтовой поверхности от основных геометрических параметров БН и БК, условий взаимодействия и параметров грунта: количества ВН (11^); глубины резания ВН (11вн); угла резания ВН (Ор); прочности грунта (Суд):

- уравнение для определения горизонтальной составляющей сопротивления грунта копанию отвалом бульдозера с ВН и БК

Рк= 0.003901 + 0.012246 П^ + 0.011964 + 0.117160 Суд -- 0.000512 Пвн Ьвн + 0.000495 Пвн С^ - 0.005836 Пвн Суд + + 0.000360 Ьдд Суд - 0.000201 п|н + 0.000123 + + 0.000184 с^ + 0.007314 С^д, кН; (3)

- уравнение для определения массы призмы волочения при копании грунта бульдозером, оснащенным отвалом с ВН и БК

7.826860 + 0.681931 п^ - 0.029325 ^ + 0.511276 Суд -+ 0.007250 пБН Ор + 0.064375 п^ Суд + 0.001312 Суд И^ -- 0.005688 Ор Суд - 0.171325 п|н + 0.000144 ь|н + + 0.000849 а| + 0.006544 С^д, кг; (4)

- уравнение для определения отношения горизонтальной составляющей сопротивления грунта копанию к массе призмы волочения

Рк/Спр= 111093 ~ 007222 "вн ~ 001243 ^вн " 006589 суд + + 0.000044 Пзд Ор - 0.000532 п^ Суд + 0.000015 Суд +

+ 0.000752 + 0.000013 + 0.000014 +

+ 0.000893 С^д, КН/КГ. (5)

В результате обработки регрессионных моделей (7-9) на ЭВМ построены зависимости в виде трехмерных графиков сопротивления копанию грунта Рк, массы призмы волочения С^ и отношения рк/СЦр от количества ВН пвн, глубины йвн и угла с^ резания грунта и от показателя прочности грунта Суд.

Расховдение силовых и энергетических характеристик взаимодействия РО бульдозера, оснащенного ВН и БК при копании горизонтальной грунтовой поверхности, полученных теоретическими и экспериментальными исследованиями, находится в пределах допустимого и не превышает 10...15%.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ изложена методика проведения и результаты поле-

вых испытаний натурного РО бульдозера с ВН и БК, представлена система показателей и оценка эффективности применения бульдозерного отвала с ВН и БК, а также методика определения рациональных параметров бульдозерного отвала с ВН и БК и приведены конструктивные предложения автора по созданию высокоэффективных РО бульдозеров.

Натурные исследовательские испытания РО бульдозера, оснащенного ВН и БК на базе трактора Д1-75М проводились на базе УМС-2 треста "Днепрстройыеханизация". Натурные испытания проводились как сравнительные с РО бульдозера традиционного исполнения.

Проведенные натурные испытания экспериментального образца РО бульдозера, оснащенного тремя ВН и БК на базе трактора ДТ-75М, подтвердили его работоспособность и эффективность при выполнении основных технологических операций процесса копания грунта. Сопоставление результатов натурных испытаний с результатами теоретического анализа показало их расхождение не более 10...15%.

Согласно представленной системе показателей и проведенных натурных последовательных испытаний произведена оценка эффективности бульдозерного отвала с тремя ВН и БК на базе трактора ДТ-75М при копании черноземного суглинка, по сравнению с традиционным отвалом на базе ДТ-75М, а также с отвалами, оснащенными ВОТ, с одним ВН и БК, с двумя ВН и БК и с четырьмя ВН и БК.

Разработана методика и определены рациональные параметры бульдозерного отвала, оборудованного ВН и БК в качестве сменного рабочего оборудования бульдозеров всех типоразмерных групп, выполняющих работы на грунтах 1-17 категорий прочности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе обзора и анализа существующих конструкций РО бульдозеров по патентным и научно-техническим источникам, а также анализа основных направлений интенсификации земляных работ и геометрических характеристик разрушения грунтов в процессе их копания установлено, что одним из перспективных видов интенсификатора, адаптирующего форму отвала бульдозера, является ВСН. Выявлено большое разнообразие конструкций отвалов с ВСН. Впервые теоретически и экспериментально доказана и осуществлена практическая реализация идеи функционирования бульдозера, оборудованного отвалом с ВН и БК.

2. Выполнено формирование более 50 новых РО бульдозеров с ВН и БК на основе расчленения математической модели процесса на составляющие элементы с последующим их объединением в новую

систему. В качестве математической модели процесса возможно использование выражения в виде суммы ряда действующих сопротивлений.

3. Полученные математические модели, описывающие сопротивление грунта копанию и массу призмы волочения при разработке грунтов отвалом бульдозера с ВН и БК, отражают взаимосвязь геометрических и кинематических параметров ВН и БК с условиями протекания рабочего процесса и физико-механическими характеристиками разрабатываемых грунтов.

4. Сформированные математические модели для определения горизонтальной составляющей сопротивления грунта копанию, массы призмы волочения и энергоемкости, а также определения производительности бульдозера, оснащенного отвалом с ВН и БК, с достаточной для практических целей точностью описывают рассматриваемые процессы и позволяют определять указанные параметры.

5. Анализ результатов расчетов с использованием полученных математических моделей и применением ЭВМ позволили установить, что отвал бульдозера наиболее целесообразно оснащать тремя ВН и БК, что обеспечивает снижение сопротивления грунта копанию на 18...27% по сравнению с традиционным отвалом для грунтов 1-1У категорий прочности за счет образования боковых расширений прорези и уменьшения общей площади трения площадки затупления режущей кромки основного ножа.

6. В результате анализа математических моделей установлено, что масса призмы волчения при копании грунта бульдозером с отвалом, оснащенным тремя ВН и БК, увеличевается по сравнению с бульдозером, оснащенным традиционным отвалом на 12...15%, а показатель энергоемкости процесса копания грунта Рк/СПр уменьшается для сравниваемых видов РО бульдозера на 25...32%. Повышение производительности бульдозера, оснащенного тремя ВН и БК, на грунтах'I-IV категорий прочности составляет 15...32%. Это достигнуто вследствие снижения просыпания грунта в боковые валики, уменьшения сопротивления грунта копанию и лучшей внедряемости ВН в грунт.

7. Экспериментальные лабораторные исследования позволили выяснить физическую сущность процесса набора призмы волочения при копании грунтов моделями отвала с ВН и БК и получить многофакторные регрессионные модели процесса копания грунтов различных категорий прочности. Установлено, что при копании грунта

отвалом с одним, двумя и тремя БН грунтовая стружка поднимается отдельно по каждому ножу, а при копании отвалом с четырьмя и более ВН вырезаемая грунтовая струзаса поднимается сплошной, подобно грунтовой стружке вырезаемой традиционным отвалом.

8. В результате регрессионного анализа полученных опытных данных сформированы многофакторные экспериментальные регрессионные модели для расчета сопротивления грунта копанию Рк, массы призмы волочения Сдр и энергоемкости Рк/СПр в зависимости от количества БН, толщины вырезаемой стружки, угла резания и прочности разрабатываемого грунта.

9. Создан и испытан в эксплуатационных условиях натурный РО бульдозера, оснащенный тремя ВН и БК на базе трактора ДТ-75М. В результате эксплуатационных испытаний установлена работоспособность РО бульдозера при отрывке траншей. Установлено увеличение технической производительности ГЦ, по сравнению с бульдозером традиционного типа на 22...35%, а также уменьшение энергоемкости №уд и материалоемкости Суд процесса копания грунта на 21...25%. Достоверность аналитических исследований процесса взаимодействия отвала бульдозера с грунтом, оснащенного ВН и БК, подтверждена экспериментальными исследованиями, расхождение результатов которых не превышает 10...15%.

10. Разработана методика определения рациональных параметров бульдозерного отвала с ВН и БК для различных размерных групп бульдозеров, а также представлены конструктивные предложения по созданию высокоэффективных РО бульдозера. Разработана методика по выбору и назначению рациональных параметров бульдозера с ВН и БК. Основные из них: угол резания с^=45...62°; предпочтительная категория разрабатываемого грунта 1-17; угол бокового расширения 7бк=30?..45°; коэффициент бокового расширения кб(Ж=0,70...0,90; рациональное количество ВН 4^=3; высота ВН 1^=350.. .450 мм; длина ВН Ввн=210.. .820 мм; высота БК 11вн, мм; длина БК,

Вбк= Ьбк Х^бк>

На основании результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях в диссертации произведена оценка эффективности применения бульдозера с отвалом, оснащенным ВН и БК. Экономическая эффективность от эксплуатации бульдозера с отвалом, оснащенным тремя ВН и БК на базе трактора ДТ-75М, составляет 375542830 крб. (по состоянию цен на 1.09.95г.).

Рекомендации по расчету и выбору рациональных параметров

бульдозерного отвала, оснащенного ВН и БК, переданы в трес "Днепростроймеханизация" (г.Днепропетровск), трест "Строймеханиза ция" (г.Норильск), УАПКТИ "Укрстальпроект" (г.Днепропетровск), Ai "Норильскгазпром" (г.Норильск), Специализированное управлени! строительства (г.Норильск). Методики расчета сопротивлений грунт; копанию и технической производительности бульзера, оснащенного BI и БК, а также программы расчета на ЭВМ внедрены в учебный процес< кафедры "СДДО" ПГАСА, ХГАДТУ и др. при подготовке инженеров-механиков по специальности 15.04 "Подъемно-транспортные, строительны! и дорожные машины и оборудование".

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сладкова Л.А., Коротких Б.И., Коротких В.Б. Модель взаимодействия рабочего органа отвального типа с грунтом / Механизации стр-ва. 1992, N9, с. 16-17.

2. Сладкова Л.А., Коротких В.Б. Сопротивление копанию грунтг рабочим органом отвального типа с поворотными выдвигающимис; ножами / Механизация стр-ва. 1992, N11, с. 29-30.

3. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Определение производительное^ бульдозеров с отвалом, оснащенным выступающими ножами // В респ. межвед. науно-техн. сб. "Горные, строительные, дорожные v мелиоративные машины" -К.: КИСИ, 1992.- с.11-17.

4. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Определение производительность бульдозеров с учетом времени на операцию заглубления отвала. /Научные основы строительства. Сборник научных трудов. г.Киев, 1993 -с. 199-207.

5. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Копание грунта бульдозерным», рабочими органами с выступающими ножами. // "Строительные е дорожные машины", 1993, N8, с. 14-17.

6. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Визначення onopiB грунту рхзанню р1жучими ножами pi3Hoi конфггураци з використанняь ударника К1Б1. /Науковх доелвдження для будавництва: Сбхрник наук, праць. -К.: 1СД0, 1994.- с.158-166.

7. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Исследование процесса копания и повышение эффективности рабочих процессов отвалов бульдозеров // Повышение эффективности землеройных машин. Материалы респ. конф., г.Воронеж, 1992.- с.10-11.

8. Л.Хмара, С.Шатов, В.Курочка, Ю.Мартиненко, К.Главацький В.Коротких. Деям. шляхи шдвшцення ефективносм робочих процемв машин для земляних робга« /I М1жнародний симпозхум укра!нських

шженерш-механшв у Львовь Тези доповвдей. м.Львхв, 1993. с.262-263.

9. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Рационализация формы ножевой системы рабочих органов землеройных машин //Повышение эффективности землеройных машин. Материалы Второй Всероссийской конференции с международным участием, г.Воронеж, 1994.- с. 75-76.

10. Хмара л., Коротких в., Ковохатшй 0. Досл1Дження ножово! система в1двала бульдозера. /II Шжнародняй скшоз1ум укра!нських шхенерхв-мехашмв у Львовь Тези доповвдей. м.Льв!в. 1995.-с.91.

1-1. Отвал бульдозера / Л.А.Хмара, В.Б.Коротких / Заявка на изобретение N 5020028/03(000046) от 23.01.92. полож. реш. ВНИИГПЭ от 22.10.92.

12. Рабочий орган бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких/ Заявка на изобретение N5007048/03(074579) от 31.10.91. полож. реш. ВНИИГПЭ от 10.09.92.

13. Рабочий орган бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких/ заявка на изобретение N5012232/03(077179) от 25.11.91. полож. реш. ВНИИГПЭ ОТ 22.09.92.

14. Отвал бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких/ заявка на изобретение N5041583/03(022317) от 15.06.92. полож. реш. ВНИИГПЭ от 25.11.92.

15. Бульдозерное оборудование /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких /заявка на изобретение N5009511/03(076804) от 27.11.91. полож. реш. ВНИИГПЭ от 13.07.93.

16. Отвал бульдозера /Л.А.Хмара, В.И.Баловнев, В.Б.Коротких/ заявка на изобретение N 5058246/03(037941) от 07.08.92. полож. реш. ВНИИГПЭ о выдаче патента РФ от 01.02.94.

17. Робочий орган бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких/ заява на патент N 94250650 от 29.07.93. позит. pim. НДЦПЕ на видання патенту Укра1ни от 31.05.94.

18. Робочий орган бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких/ заява на патент N 94250651 от 30.07.93. позит. pim. НДЦПЕ на выдання патенту Украцси от 31.05.94.

19. Рабочий орган бульдозера /Сладкова Л.А., Коротких В.В., Хмара Л.А. и др/ патент Российской Федерации на изобретение N 2011753 от 30.04.94.

20. Рабочее оборудование бульдозера /Л.А.Хмара, В.Б.Коротких, Б.И.Коротких/ заявка на изобретение N 93021140/03(020519) от 22.04.93. полож. реш. ВНИИГПЭ о выдаче патента РФ от 07.02.95.

ABSTRACT

Korotkikh. V.B. Work process intensiftion bulldozer blade with the front edges.

Present one's thesis ior a Candidate of Technical Science degree for speciality 05.05.04 "Machines for Earth and Road Works" Prydneprovsk State Academy of Construction and Architecture. Dnepropetrovsk, 1995.

10 scientific works and 10 positive decisions about take out a patents of Russian Federation and Ukrain are defend. It contains theoretical and scintific researchs of new bulldozer working tools equipped with the front edges and side-scarfs. EstabliBhly, what this bulldozer working tools in comparison with traditional blade reduces the effort strength of ground cution (Pc) to 8...27%, and rises the prism brag mass (Gpr) to 12.. .15%. The index power capacity in the process of cuttion ground by research working tools (Pc/G_) reduces in comparison with traditional blade to 25...32%, and it productivity exceed productivity of bulldozer with traditional blade to 15...32%.

АН0ТАЩЯ

Коротких В.Б. 1нтенсиф±кац1я робочого процесу бульдозерного в1двяла з виступаючими ножами»

Дисертац1я на здобуття наукового ступени кандидата техйчних наук за спец!альн1стю 05.05.04 "Машини для зеиляних та дорожшх роб!т", Придн1щговська державна акадеи!я буд!вшщтва та арх!тектур Дн1проштровськ, 1995.

Захщаиться 10 наукових роб!т та 10 позитивных рйпень про видачу патент1в Рос1йсько1 ФедерацЦ 1 Укралш, як! вмйцують теоретичн!, лабораторн! та натурай досл112усення нового в!двала бульдозера, обладнаного виступаичиш ножаш i боковиыи косинками. Встановлено, що це бульдозерне робоче обладнання пор±вняно з традицйним в!двалои знижуе onip грунту копанню (Рк) на 8...27%, i зб!льшус масу призыв волочения (Сщ,) на 12...15%. ЕнергоеыкЬть процесу копання грунту досл1д*убмими робочшш органами (Рк/Спр) знижуеться пор!вняно з традшцйним в!двалои на 25...32% 1 хх продуктивн!сть перевищуе продуктивн1сть бульдозера з традицШшш в1двалом на 15...32%.

Клшов! слова: бульдозер, в1двал, виступаот! hoxi, 60k0bi косинки, грунт, призма волочення, продуктивнкггь, ефектшзМсть, onip грунту копанню, досл£дження, експеринент.