автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование параметров бульдозера с переменным углом резания

УДК 621.878.25

На правах рукописи

КОЗБАГАРОВ РУСТЕМ АШИМОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУЛЬДОЗЕРА С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ РЕЗАНИЯ

05.05.04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы 1998 г

Работа выполнена на кафедре «Механизация и автоматизация строител ства» Казахской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, академик Академии Транспорта России и Академии Строительства Украины В. С.Бочаров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А. М. Муратов

кандидат технических наук, доцент О.Ж. Рабатов

Ведущая организация: Казахский национальный техничесю университет

■Г~ * г- * 0

Защита состоится « & » й " * • 1998 г. в • часов на заседай: специализированного совета Д 14.11.01 в Казахской академии транспорта коммуникаций по адресу:

480012, г. Алматы, ул. Шевченко,97, ауд. 243 (ФПК)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахской академ транспорта и коммуникаций.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенн печатью учреждения, просим направить в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан « " » -1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

'М.С. Кульгильдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Бульдозер является широко распространенной гмлеройно-транспортной машиной (ЗТМ) благодаря простоте конструкции, ниверсальности и относительно низкой стоимости. Для обеспечения 1глубления отвала в грунт он устанавливается с углом резания 55 - 60°, эторый снижает сопротивление при заглублении, но создает дополнительные эпротивления при резании грунтов. Совершенствование конструкции одвески рабочего оборудования (РО) бульдозера, обеспечивающей адаптацию го угла резания в процессе копания в зависимости от показателей физико-еханических свойств грунта и режима работы является перспективным аправлением, повышающие эффективность ЗТМ.

Известны конструкции подвески РО бульдозера с реагированием угла езания, которая осуществляется с помощью гидроцилиндра-раскоса. Однако, ни не получили широкого распространения из-за усложнения гидравлической ¡семы управления, увеличения стоимости оборудования и увеличения нагрузки а машиниста бульдозера.

Создание подвески, которая обеспечит синхронное изменение угла и 1убины резания, улучшает технико-экономические показатели и упрощает сшструкцию РО бульдозера. Поэтому, обоснование рациональных тематических параметров подвески РО бульдозера с переменным углом гзания является актуальной задачей.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является повышение эффективности ЗТМ за счет яижения энергоемкости процесса резапия грунтов путем адаптации угла езания при заглублении отвала с учетом категории грунта, обеспечиваемой араметрами подвески РО бульдозера.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для выполнения поставленной цели иссле-ования использованы графоаналитические методы при анализе кинематики еханизмов; методы машинного эксперимента и математической статистики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Обоснование параметров подвески РО ульдозера с синхронным изменением угла и глубины резапия в зависимости от атегории разрабатываемого грунта значительно снижает энергозатраты ЗТМ.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

уравнение для расчета угла резания от кинематических параметров одвески РО бульдозера;

зависимость сопротивления резания РО бульдозера с переменным углом;

уравнение регрессии максимальной глубины резании и сопротивления опанию в зависимости от параметров подвески;

обобщенные координаты точек крепления шарнирного раскоса подвески О бульдозера обеспечивающие минимальные значения удельного эпротивления копанию при разработки грунтов 1-1У категорий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработана подвеска РО ульдозера с шарнирным раскосом, обеспечивающая его адаптацию к зменяющимся грунтовым условиям. Во всех случаях внедрение режущей ромки отвала обеспечивается при угле резания а = 55 - 60° с последующим его

автоматическим уменьшением на определенной глубине, которая зависит о категории разрабатываемого грунта. Снижение угла резания уменьшае сопротивление, что обеспечивает повышение производительности бульдозер на 8.1-67.8%, соответственно, для грунтов 1-1V категорий за счет увеличени толщины стружки и повышения рабочих скоростей.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы переданы для внедрения ГА1 «Казахстан жолдары» и используется в учебном процессе кафедр! «Механизация и автоматизация строительства» (МиАС) Казахской государст венной архитектурно-строительной академии (КазГАСА), «Подъемно транспортные, строительные и дорожные машины» (ПТСДМ) Казахско: академии транспорта и коммуникаций (КазАТК).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные разделы исследования и работа в цело! докладывались на заседаниях и научных семинарах кафедр: «Строительные путевые и погрузочно-разгрузочные машины» (СППРМ), Алматинског института инженеров железнодорожного транспорта (АлИИТ) (г. Алмать 1995г.), «МиАС» КазГАСА (г. Алматы, 1995-1998г.), «ПТСДМ» КазАТК О Алматы, 1998г.), на научно-технической конференции «Проблем1 комплексного развития регионов Казахстана» (г. Павлодар, 5-7 декабря 1996г.' на научно-технической конференции Орловского государственног технического университета (ОрелГТУ) (г. Орел, 1997 г.); на международно: научно-практической конференции «Проблемы дорожной отрасли Восточно Сибирского региона» (г. Иркутск, 1998 г.).

ПУБЛИКАЦИИ . По результатам исследований опубликовано 7 статей.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общи выводов, списка используемой литературы и приложения. Работа в целом имее 268 страницы, в том числе 142 страниц машинописного текста, включая 4 рисунков и 13 таблиц, списка литературы из ¿21 наименований и 126 страни приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ рабочего процесса бульдозера и рас смотрено влияние на его эффективность кинематики рабочих движений РО, также конструктивных особенностей базового трактора. Отмечено, чт перспективным направлением исследований является создание рабочи органов, обладающих свойствами широкой адаптации к видам и условия: выполняемых работ. Применительно к бульдозерам эта тенденция проявилась создании конструкций РО, позволяющих осуществлять изменение угла резани в процессе копания. В то же время используемые схемы присоединения РО базовому трактору обычно конструктивно подобны, независимо с компоновочной схемы последнего. Однако на эффективность бульдозер оказывают влияние не только кинематические показатели РО и тяговь: качества базового трактора, взятые в отдельности, но и согласованность и совместной работы.

Произведены патентные исследования подвески РО бульдозера но авторским свидетельствам (патентам) бывшего СССР и зарубежных стран: США, Японии, Франции, ФРГ и Великобритании с глубиной поиска с 1959 г. по 1992 г. Представляющая интерес патентная информация по этой теме разделена на две группы: подъем-опускание РО за толкающие брусья и подъем-опускание РО за бульдозерный отвал. Анализ показал, что при подъеме-опускании РО за толкающие брусья в процессе работы бульдозера угол резания практически не изменяется, поскольку он жестко зафиксирован раскосами, при подъеме-опускании РО за бульдозерный отвал в процессе работы бульдозера угол резания изменяется. Однако, следует отметить, что регулирование угла резания по авторскому свидетельству № 166904 осуществляется подвеской сложной конструкции, у которой некоторые детали (пружинная спираль, каток) не обеспечивают конструкции требуемой надежности, а по авторскому свидетельству № 1178851 регулирование угла резания осуществляется в небольшом диапазоне, потому что конструкция реализует, в основном, идею перекоса отвала в вертикальной плоскости. Известны также конструкции подвески РО бульдозера с регулированием угла резания, которое осуществляется с помощью гидроцилиндра — раскоса, но они не получили распространения из-за увеличения себестоимости конструкции и усложнения гидравлической схемы управления, кроме того, увеличение нагрузки на машиниста бульдозера, который при управлении должен постоянно решать задачу целесообразности изменения угла резания или выглубления отвала.

Изучением вопросов рабочего процесса, выбора расчетных положений, динамических нагрузок действующих на бульдозер посвящены труды Т.В. Алексеевой, К.А Артемьева, В.И. Баловнева, P.A. Кабашева, В.Д. Ковригина, М.А. Кононенко, И.Р. Криворучко, С.А. Панкратова, В.А. Ряхина, Р.Н. Тауке-лова, Ж.Ж. Тургумбаева, Д.И. Федорова, A.M. Холодова, A.A. Яркина и др. Аналогичные исследования проводили зарубежные ученые М. Беккер, Р. Кюн и др. Ими выполнены значительные научные исследования теоретического и экспериментального характера с различными конструкциями рабочих органов. Следует отметить, что конструкции подвески РО бульдозера, позволяющей осуществлять изменения угла резания в процессе копания изучены недостаточно.

Проведенный анализ исследований позволили наметить задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели исследований:

теоретическое исследование влияния координат точек крепления шарнирного раскоса подвески РО бульдозера на изменение угла и усилия резания;

теоретическое исследование траектории движения режущей кромки отвала при его заглублении с учетом кинематических параметров подвески, физико-механических свойств грунта и толщины стружки;

экспериментальное изучение влияния параметров подвески РО бульдозера на изменение угла и глубины резания и величины возникающих сопротивлений;

выбор обобщенных координат точек крепления шарнирного раскос подвески РО бульдозера для всех категорий талых грунтов;

определение технико-экономической эффективности результатов исслс дований.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматривается сопротивление заглублению ноя бульдозера при неподвижной машине. Заглубление рабочего органа бульдозер в грунт представляется как вдавливание в массив штампа, имеющего сложну] форму, на который действует сила, развиваемая механизмом привода. Под де{ ствием силы тяжести рабочего органа и силы, развиваемой приводом, в гру! товом массиве с двух сторон грани ножа (передней и задней), возникают н< пряжения, величина и распределение которых зависят от нагрузки, геометр! ческих параметров пояса и параметров грунта. Силы действующие на гран ножа при вдавливании, определяются способом С.С. Голушкевича.

Увеличение угла резания уменьшает размер проекции внедряемой част отвала на горизонтальную плоскость, и соответственно, уменьшает площаг контакта с грунтом и объем призмы выпирания. В результате возрастает удел) ное вертикальное давление ножа на грунт и снижается его сопротивленк внедрению отвала. Следовательно, заглубления рабочего органа бульдозера грунт при неподвижной машине необходимо осуществлять с большим угло резания.

Заглубление рабочего органа бульдозера в грунт в процессе движет« машины перед режущим ножом создает напряженное состояние грунта тольк с одной стороны, расположенной перед ножом по ходу движения. Поэтому с< противление заглублению отвала при движении машины меньше чем при н( подвижной машине. Таким образом, это позволяет внедрять отвал в грунт пр меньших значениях угла резания. Из этого следует, что наиболее рационально траекторией рабочего движения отвала исследуемой подвески будет такая, к< торая в момент внедрения его в грунт угол резания имеет максимальное знач< ние с последующим его уменьшением, что является оптимальным по услови минимума энергоемкости процесса резания грунта.

Это может быть реализовано подвеской РО бульдозера с шарнирны раскосом. При заглублении отвала угол резания в этом случае будет автомат! чески изменяться, что упростит конструкцию РО бульдозера и существен!] снизит утомляемость машиниста. Уменьшение угла резания при заглублен« отвала подвески РО бульдозера определяется координатами точек крепли и шарнирного раскоса на базе трактора и на отвале, длиной раскоса, а такя величиной заглубления отвала и не зависит от показателей физик« механических свойств грунтов.

Схему подвески РО бульдозера представим в виде плоского механизм состоящего из звеньев, соединенных между собой шарнирами. В этом случг подвеска представляет собой шарнирный четырехзвенник АВСД (рисунок 1а) виде замкнутой четырехзвенной цепи с одной степенью свободы, у которс ведущее звено АВ (раскос), шатун ВС (расстояние между точками креплеш раскоса и толкающего бруса на отвале) и неподвижное звено АД (расстояш

между точками крепления раскоса и толкающего бруса на базовой машине). В механизмах с одной степенью свободы одна обобщенная координата полностью определяет положение всех звеньев механизма. Изменяя угол <р наклона ведущего звена ДС, можно определить угол у/ наклона ведомого звена АВ, а также наоборот, Зная положение ведущего ДС и ведомого АВ звеньев, определим угол Я поворота шатунного звена ВС. Для этого в схеме четырехзвенного механизма условно выделим параллелограмм АВВ'Д. Из ВСВ' и ДСВ' по теореме косинусов определим длину СВ : 1СВ'1=Ь2 + I Шах Л /СВ'/^Л" + г 2- 211г соэ(ср-у), где Ь - длина неподвижного звена АД;

I - длина шатунного звена ВС;

Я - угол поворота шатунного звена ВС к неподвижному звену АД;

Л - длина ведущего звена ДС;

г - длина ведомого звена АВ;

(¡у угол наклона ведущего звена ДС к вертикальной оси;

у/- угол наклона ведомого звена АВ к вертикальной оси. Приравниваем значение | СВ' | и преобразуя полученное выражение находим значение углаХ:

О)

Схема подвески (а) с шарнирным раскосом и определение угла резания (б)

О

Рисунок 1.

Угол поворота шатунного звена ВС на схеме шарнирного четырехзвеннш соответствует углу поворота отвала бульдозера в реальных условиях пр изменении его положения.

Основные углы Л, сц г, {к, характеризующие подвеску НО и конструкци отвала перенесем в точку О1 пересечения линии, соединяющей точки креплеш толкающего бруса и раскоса на базовой машине, с линией крепления так я элементов на отвале (рисунок 16). Угол резания будет равен:

а = (о- {¡о - г- Л, (2]

где со- угол между линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной

поверхности с режущей кромкой ножа отвала и режущим элементом отвала, со= 160°; х- угол между линией, соединяющей точки крепления раскоса и толкающего бруса на базе трактора, и горизонтальной осью:

т -

У -У

X ~Х

где Хь Г, - координаты точки А;

Х0, У о - координаты точки Д;

Д) - угол между линией, соединяющей точки крепления раскоса и толкающего бруса на отвале, и линией, соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала, Д/ =19 -21°.

Подставим значение углов Л, со, т, рп в уравнение (2) и получим:

а = 141° - аг

-Г

X. -х„

Ь2+12

2 и

21/

\

Яг , +—со ъ(<р-ч/)

(3

Величина угла резания а по выражению (3) определяется точками кре] ления раскоса на базе трактора и на отвале, т.е. длиной раскоса, а также заглу лением отвала (величиной (р и у). Таким образом, полученное выражеш позволяет определить угол резания РО бульдозера для всех промежуточнь значений (толщины срезаемой стружки).

В процессе работы бульдозера сопротивление грунта копанию слагается 1 основных частей: сопротивления грунта резанию 1¥р , сопротивления пер мещению стружки по отвалу IVс и сопротивления перемещению призм включения 1Упр

\Vk~Wp + V/ с + }¥г?р

(4)

Сопротивления резания грунта с учетом угла резания на основании результатов исследований А.Н. Зеленина и Н. Г. Домбровского имеет вид:

IVр =КаКр в к , (5)

где Ка - коэффициент, зависящий от угла резания; Кр - удельное сопротивление резанию; в - длина отвала; Ъ - глубина резания. Основываясь на график предложенный Ю.А. Ветровым, для характеристики изменений силы резания, идущей на преодоление лобовых сопротивлений ножу для различных диапазонов изменения угла резания, выражение (5) можно выразить следующий сплайн-функцией: при угле резания 45° < а < 60

IVР =Кр в И [1-0.033(60 а)]; (6)

при угле резания 37.5 °< а<45

IVР = 0,5 Кр в к [1-0.029(45 а)]; (7)

при угле резания 20°< а< 37.5°:

¡VР = 0,35 КР в И [1-0.019(37.5°- а)]. (8)

Силы для преодоления сопротивления перемещению призмы волочения определяется по формуле:

¿Я*-пр

гДе 8 " ускорение свободного падения; Н - высота отвала без козырька;

Кпр - коэффициент зависящий от характеристики грунта и формы

отвала; ргр - плотность грунта; /с - коэффициент внутреннего трения грунта.

Силы для преодоления сопротивления перемещению стружки по отвалу определяется по формуле:

»Г.-Ц^А, соз«^-} (10)

где Ц! - коэффициент внешнего трения грунта.

]

Таким образом, составляющие сил копания перемещения призмы и стружк приблизительно сохраняются и на других грунтах. Так получается потому, Ч1 параметры силы тяжести и трения разрыхленных грунтов изменяются относительно небольших пределах. Существенно изменяется только глубш резания, которую бульдозер может обеспечить по тяговому усилию.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты экспериментальных исслед! ваний влияния точек крепления и шарнирного раскоса на угол резания, глубш резания и сопротивления копанию. Экспериментальные исследования пров< дились для различных вариантов крепления шарнирного раскоса, один коне которого устанавливается сверху вниз по высоте отвала на его тыльнс стороне (точки 1,2,3,4,5,6,7,8 и 9). Другой конец крепится на базе трактора: I горизонтальной линии справа налево на боковой стороне рамы двигатед (точки Г, 2', 3', 4', 5', 6' и 7') или на вертикальной линии снизу верх сбо] радиатора двигателя (точки 1", 2", 3й, 4", 5", 6" и 7"), при этом точки З'и [ совмещены.

Изменение положения подвески РО при заглублении отвш сопровождается изменением угла (р наклона толкающего бруса (рисунок 2 Перемещения толкающего бруса вниз на некоторый угол сопровождаете увеличением глубины резания до определенного значения, дальнейшее угловс перемещение толкающего бруса сопровождается резким поворотом отвала, к< торый приводит к выглубленшо его режущей кромки и уменьшению глубин резания. Такой характер изменения глубины резания сохраняется при крепл' нии шарнирного раскоса на базе трактора как по горизонтали, так и по верт] кали, В том и другом случаях характерная точка изменения глубины резани после которой происходит выглубление режущей кромки, определяется длине раскоса. Ее увеличение при перемещении точки крепления раскоса по тыльнс стороне отвала из точки 1 до точки 9 приводит к росту толщины стружки, н{ которой происходит резкий поворот отвала.

Обработка результатов экспериментальных исследований позволю установить максимальную глубину резания, при которой происход! выглубление режущей кромки зависящей от параметров подвески, Р бульдозера с шарнирным раскосом:

кпи* --1,6 ■ Ю3 +2,2 ■ КТ?Ь2 + 5,009 •10'4(1 +г)2+5,7824 ■ 10'12 (I +г)2 • V. (11

Это зависимость упрощает расчеты максимальной глубины резаш бульдозера, поскольку значение соподчиненных параметров усреднен] Поэтому полученное выражение может быть использовано для любь кинематических параметров подвески с шарнирным раскосом.

Угловое перемещение толкающего бруса оказывает влияние на угол резан] а. При изменении точек крепления шарнирного раскоса на раме двигателя характер влияния угла поворота толкающего бруса на угол резания а сохраняется (рисунок 3). Однако некоторые точки (на раме двигателя Г, 2' и 3 на тыльной стороне отвала 6, 7, 8 и 9 ) не удовлетворяют требованиям

Взаимосвязь угла наклона толкающего бруса и глубина резания при изменении координат точек крепления шарнирного раскоса

С)

да Во <Р

Я? £0 вп 90 V

ЛГ ВО В5 90

а,б,в, - точки крепления на боковой стороне рамы двигателя, соответственно 5', 6', 7';1,2,3,4,5,6,7,8 и 9 точки крепления на отвале

Рисунок 2.

Взаимосвязь угла наклона толкающего бруса и угла резания при изменении координат крепления шарнирного раскоса

а,б,в - точки крепления на боковой раме двигателя, соответственно, 5' ,6' и Т ; 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8 и 9 - точки крепления па отвале

Рисунок 3.

обеспечивания заглубления отвала при большом угле резания, поскольку на чальное угловые перемещения толкающего бруса сразу же сопровождают^ изменением угла резания а(поэтому они не представлены на графике) . Этил требованиям в наибольшей мерс соответствует точка крепления 1 шарнирноп раскоса на отвале. Для изменения угла резания от 57° до 55° необходим< переместить толкающий брус на 8° при креплении раскоса в точке 5', на 9°npi креплении в точке 6' и на 11° - в точке 7' (см. рисунок 3), что соответствуй заглублению отвала на 35 - 45см.

При заглублении отвала с помощью исследуемой подвески РО бульдозер: происходит увеличение срезаемой стружки и уменьшение угла резания, flpj достижении определенной критической глубины резания она начинае-уменьшаться с опережающей тенденцией снижения угла резания. Изменен» глубины и угла резания определяются координатами точек креплена шарнирного раскоса (рисунок 4).

Подвеска РО бульдозера управляет пространственным перемещение* отвала с одновременным изменением глубины и угла резания. Это приводит, i свою очередь, к изменению сопротивлений резанию, движению стружки п< отвальной поверхности, перемещению призмы волочения и результирующее сопротивления копанию. Поэтому оценку эффективности координат различны; точек крепления шарнирного раскоса можно осуществить только с позицш энергетических показателей. В связи с этим, рассмотрим возникающие сопро тивления при использовании подвески РО бульдозера и изменение координа точек крепления шарнирного раскоса для I, II, III и IV категории грунтов.

В результате обработки машинного эксперимента получено уравнени регрессии сопротивления резанию грунта I категории, в кН:

WP= 10,193+ 328,33 ah. (12

График этой зависимости для различных точек крепления шарнирног раскоса представлен на рисунке 5 из которого видно, что при опускании отвал происходит увеличение толщины стружки, что приводит к рост сопротивления резания до определенной глубины, дальнейшее опускани отвала приводит к его интенсивному повороту, что сопровождаете вглублением режущей кромки с резким уменьшением угла резания. ] результате этого сопротивление резанию уменьшается и ее зависимость о глубины в графической форме выражается в виде петли.

Возникающее сопротивление резанию не является определяющим энергс тическим показателем процесса разработки грунтов, поэтому целесообразн анализировать суммарное сопротивление копанию. Характер изменения сопрс тивления копанию для грунтов I, II, III и IV категорий аналогичен описанной зависимости изменения усилия резания, возрастают лишь абсолютные значс ния. Поскольку мощность силовой установки конкретной базовой машины

Взаимосвязь угла и глубины резания при изменении координат крепления

шарнирного раскоса

О.) ¿гезахи^/уаЗ

->т лг

/5 ЛС « «Г

Л- «

л\ V е

ч /I п

\ к

\

\ г

ч 1 /

а,б,в - точки крепления на боковой стороне рамы двигателя, соответственно, 5', 6' и 7 '; 1,2,3,4,5,6,7,8 и 9 - точки крепления на отвале

Рисунок 4.

Изменение сопротивления резанию грунтов I категории и глубины резанию от координат точек крепления шарнирного раскоса

ГлуШта.резания,см Лу&шярезаящсм /¿у&ма резаящем

а,б,в - точки крепления на боковой стороне рамы двигателя, соответственно, 5', 6' и 7'; 1,2,3,4,5,6,7,8 и 9 - точки крепления на отвале

Рисунок 5.

постоянна, то увеличение возникающих сопротивлений копанию грунта прив< дит к снижению толщины стружки. Из этого следует, что необходимо наш такое положение координат точек крепления шарниров раскоса, которс удовлетворяло бы требованиям всех категорий грунтов.

Анализ влияния координат точек крепления шарнирного раскоса на изм< нения угла и глубины резания, возникающих при этом сопротивлений резани и копанию показал множественность решении вариантов раскоса. Категор\ грунта влияет на расположение раскоса, для практических условий необходим иметь минимальное число перестановок раскоса на отвале и базовом тракторе.

Обработка экспериментальных данных методами математическс статистики позволило установить взаимосвязь от параметров подвески Р бульдозера с переменным углом резания и сопротивление копанию для 1-Г категорий грунтов, которое имеет вид в кН:

27,17 + 5,21 Крак (13

Эта зависимость позваляет определить сопротивление копанию переменным углом резания зависящей от кинематических параметров подвеск РО бульдозера. Она справедлива для любых параметров подвески.

Увеличение толщины срезаемой стружки приводит к росту сопротивдеш копанию, темп увеличения которого несколько ниже, чем у толщины стружк; благодаря уменьшению угла резания. Так, например, при установке одног конца раскоса в точке 7'и перестановки его другого конца с точки 6 на точку приводит к увеличению максимальной глубины с 25 см до 47 см, т.е. в 1.5 раза, а сопротивление копанию возрастает при этом для I категории с 62 кН I 105 кН (в 1.69 раза), для IV категории с 229 кН до 373 кН (в 1.63 раза). Эт приводит к непропорциональному распределению затрат сопротивлеш копанию на 1 см толщины срезаемой стружки.

В реальных условиях толщина стружки не может беспредельно увелич] ваться, поскольку мощность силовой установки конкретного трактора по тоянна. Предположим, что тяговое усилие базового трактора Т-130 полность реализуется на копании грунта. Исходя из этого допущения, определи максимально возможную глубину и удельное сопротивление копанию д] различных вариантов точек крепления раскоса с учетом категории грунта. Щ креплении раскоса на раме двигателя такими вариантами будут (таблица 1):

для I категории грунта: 4'-2 (2.51 кН/см при 38 см), 5' - 3(2.47 кН/см при : см), 7-4 (2.24 кНУсм при 40 см), б'-З (2.36 кН/см при 40 см); несколько худил значения имеют варианты: 5'-4 (2.52 кН/см при 29 см), 6'-4 (2.43 кН/см при : см) и 7'-5 (2.35 кН/см при 30 см);

для II категории грунта: 5-5(4.69 кН/см при 20 см), 6'-6 (4.67 кН/см при 3 см); несколько худшие значения имеют варианты: 3'-4 (5.77 кН/см при 19 см) 5'-6 (5.09 кН/см при 16см);

для III категории грунта: 4'-6 (8.9 кН/см при И см), 5'-7 (9.18 кН/см при 10 2м); несколько худшие значения имеют варианты: 2-5 (10.76 кН/см при 9 см), 7'-8 (9.35 кН/см при 9 см);

для IV категории грунта: 7-9 (18.09 кН/см при 5 см); несколько худшие значения имеют варианты: 2'-6 (22.79 кН/см при 4 см) и 5'-8 (21.09 кБУсм нри 4см).

Таблица 1.

Обобщенные координаты точек крепления шарнирного раскоса, с минимальными значениями удельного сопротивления копанию

Категории Координаты крепления

грунтов на боковой стороне рамы сбоку радиатора двигателя

двигателя

4'-2; 5-3; 7'-4; б'-З 1"-5; 4"-1; 3"-2

I 5'-4; 6'-4; 7'-5 1"-6; 2"-4

5'-5; 6'-6 2"-5; 5"-1

II 3'-4; 5'-6 3"-4 .

4'-6: 5'-7 2"-7^4"-4; 5"-3^

III 2'-5; З'-б; 7'-8 3"-6; 6"-2; 7"-1

7-9 2"-8

IV 2'-6; 5'-8 4"-6

Примечание:

1. В числителе - указаны наилучшие варианты раскоса;

2. В знаменателе - варианты раскосов с более высокими показателями

Анализ вариантов раскосов с минимальными значениями удельного сопротивления копанию показывает, что раскосы с креплением по вертикальной пинии базового трактора имеют более высокие удельные показатели. Это говорит о том, что в этих случаях подвеска не обеспечивает должной минимизации угла резания, что приводит к более высоким значениям возникающих сопротивлений. Поэтому такие варианты крепления шарнирного раскоса исключаются из дальнейшего анализа.

В результате проведенного анализа и унификации рекомендуются сле-цующие координаты крепления шарнирного раскоса подвески' РО бульдозера при тяговом усилии 100 кН для:

I категории грунта - раскос 5' -3;

II категории грунта - раскос 5'-5;

III категории грунта - раскос 5' -7;

IV категории грунта - раскос 5' -8.

Для оценки эффективности принятых вариантов крепления шарнирного раскоса определим отклонение от наилучших значений энергетического пока-

зателя и глубины копания. При тяговом усилии 100 кН для I категории грунт минимальное значение удельного сопротивления копанию и максимальну! толщину стружки обеспечивает вариант раскоса 7' -4. Рекомендуется раскос 5' Таблица 2.

Технико-экономические показатели бульдозера

Предлагаемое оборудование Базовое оборудование Д3-27с

Категории произво- время глубина производи- время глубина

грунтов дитель- цикла, копания, тельность, цикла, копания,

ность, сек. см. м3/ч сек. см.

м3/ч

I 98,12 41,56 35 90,76 44,92 21

II 85,35 45,56 20 75,42 51,54 13

III 69,13 53,09 10 50,08 68,26 7

IV 7,51 62:26 4 4,47 68,26 2,5

3, который повышает энергозатраты на 9.3% и снижает максимальную глубин на 12.5%. Для II категории наилучшему значению соответствует вариант ра( коса 6'-6, рекомендуемый вариант раскоса 5'-5 повышает энергозатраты г 0.4%, но при этом увеличивает максимальную глубину на 5.3%. Для III катеп рии наилучшему значению соответствует раскос - 4'-6, рекомендуемый раскс - 5'-7 повышает энергозатраты на 3.1% и снижает максимальную глубину I 9.1%. Наибольшее отклонение соответствует IV категории грунта, потому чт толщина стружки имеет небольшую величину (5 см) и ее отклонения даже на см выражается большим числом процентов.

Сопоставительный анализ по критерию энергозатрат и максимально глубине копания наиболее эффективных вариантов крепления шарнирного ра> коса и унифицированного рекомендуемого варианта раскоса показывает, чт отклонения находятся в пределах точности инженерного расчета.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены технико-экономические показател бульдозерного оборудования с регулируемым углом резания и его эффективн< сти. Уменьшение угла резания при заглублении бульдозерного отвала умей шает сопротивление копанию, что позволяет при постоянной мощности двип теля базового трактора увеличить толщину срезаемой стружки или повысит рабочую скорость резания грунта. В том, и в другом случаях повышаете производительность предлагаемого оборудования по сравнению с базовы углом резания 55°.

Изменения производительности предлагаемого базового оборудования- р -27 С при возведении насыпи автомобильной дороги высотой 1.0 м в реальнь: условиях подвески РО бульдозера в сравнении с базовой приводит повышению производительности на комплекс машин 8.1 и 13.2°/ соответственно, 1-П категорий грунта, до 38.0 и 67.8% на грунтах ПН категорий и дает значительное снижение трудовых затрат на 17.5%, снижеш

хбестоимости разработки грунта- 18.8%, удельных капиталовложений на сомплеке машин - 15.6% и снижение приведенных затрат - 18.5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных автором исследований можно сделать следующие 5ЫВОДЫ и рекомендации:

1. Анализ исследований в области совершенствования рабочего оборудования бульдозера показал, что применяемые кинематические схемы твесного оборудования бульдозера не позволяют изменять углы резания в юответствии с грунтовыми условиями, в связи с чем не обеспечивается юзможное снижение сопротивления грунтов резанию и энергозатрат ¡емлеройно-транстпортных машин.

2. Предложено уравнение для расчета угла резания в зависимости от синематических параметров подвески рабочего оборудования бульдозера с лютом категорий грунтов . Анализ этого уравнения показывает, что наиболее эациональной траекторией движения отвала является та, которая обеспечивает максимальный угол резания в момент внедрения (а= 55-60°) с последующим ;го уменьшением (а= 20-25°).

3. В результате машинного эксперимента получены регрессионные сравнения, максимальной глубины резания от кинематических параметров тодвески рабочего обородования бульдозера, при достижении которой 1роисходит выглубление режущей кромки отвала, что обеспечивает снижение шергоемкости процесса разработки грунтов и повышение производительности 5ульдозера в среднем на 8-17%.

4. В результате статитической обработки машинного эксперимента по определению полного сопротивления копанию получено уравнение регрессии, соторое позволяет оптимизировать параметры подвески рабочего оборудования 1ля грунтов I - IV категорий.

5. Установлены обобщенные координаты точек крепления шарнирного искоса подвески рабочего оборудования бульдозера, позволяющие обеспечить минимальные значения удельного сопротивления копанию при разработке рунтов I -IV категорий.

6. Предлагаемая подвеска рабочего оборудования бульдозера обеспечивает адаптацию угла резания в условиях изменяющегося грунтового фона,что товышает производительность комплекса машин при возведении насыпей из 5оковых резервов на 8.1% для грунтов I категории на 13.2% - II категории, 58.0% - III категории и снижение трудовых затрат на 17.5%, себестоимости зазработки грунта - 18.8%, удельных капиталовложений на комплекс машин -15.6% и приведенных затрат - 18.5%.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. БочаровВ.С., Козбагаров P.A. Влияние расположения раскоса бульдозерного оборудования на угол резания //Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы комплексного развития регионов Казахстана». - Павлодар, 1996. - С. 43-46.

2. Бочаров B.C., Козбагаров P.A. Конструкция адаптирующейся подвески навесного оборудования//Создание и развитие рынка автотранспортных услуг: Сб. науч. тр./АО «НИИТ». - Алматы, 1997,- С.96-99.

3. Бочаров B.C., Козбагаров P.A. Адаптация бульдозерного оборудования к изменению грунтовых условий //Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы дорожной отрасли Восточно-Сибирского региона», - Иркутск, 1998.-С.112-117.

4. Бочаров B.C., Козбагаров P.A. Эффективность бульдозера с управляющей подвеской навесного оборудования //Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы дорожной отрасли ВосточноСибирского региона». - Иркутск. 1998. - С. 118-124.

5. Козбагаров P.A. Джарасов O.K. О возможности изменения угла резания бульдозерного оборудования. - Алматы, 1997. -Деп. В КазгосИНТИ 25.07.97, №7779 - К. 97. - Вып. 5. С. 23.

6. Козбагаров P.A. Управляющая подвеска с шарнирным раскосом навесного оборудования бульдозера. - Алматы, 1997. -Деп. В КазгосИНТИ 25.97.97, №7780 - К. 97. - Вып. 5. С. 23.

7. Козбагаров Р.А: Влияние конструкции подвески навесного оборудования бульдозера на сопротивление резания. - Алматы, 1997. -Деп. В КазгосИНТИ 25.07.97, №7781 - К. 97. - Вып. 5. С. 23-24.

TyiiiHi

К,озбагаров Рустем Эиш'мулы

"Бульдозер параметрлерЫ езгермел1 бурыштыц KeciHfliciMeH

непздеу"

05.05.04 —"Жол жене курылыс машиналары"

Бул жумыста бульдозердщ аспалы жабдык,тарынын уйлес1мд1 шемдерш аныкдэу методикасы бертген. Уйлеамд1 параметрлер =55-60° кесу бурышы бар отвалды терецдету жэне жер «.абатыньщ \деу категориясына, белпл|' 6ip калындык,та кесшген жацк,ага 1йланысты отвалдыц кесу бурышын а=20-25°-ка дей1н азайтылуын 1мтамассыз етедк Кесу бурышыньщ езгерю"! жэне оныц характер! элг!л1 6ip аналитикалык, тэуелдтжпен аныкталады. Жацк,аныц келемЫ жейту аркылы немесе жумыс жылдамдыгын арггыру аркылы кесу юцесМн энергосыйымдылыгын темендетуге жэне eHiMflmiriH 8.1-¡\8%-ке жогарылатуга болады, бул енбек кушЫн шыгынын 7.5%-ке, ^мыстыц езЫдк к,унын — 18.8%-ке, машинаныц курдел1 к,аржы белу ieciH — 15.6%-ке, келт1ртген шыгынын — 18.5%-ке темендетуге агдай жасайды.

Диссертация К,азак мемлекетп'к саулет-к,урылыс академиясыньщ ^урылысты механикаландыру жэне автоматтандыру" кафедрасында эындалган.

Annotation Kozbagarov Rustem Ashimovich „Settlement of Bulldozer parameters with variable angles of cut" 05.05.04 — „Road and Building Machines"

There is a methodology of settling the definitions of rational parameters of mging equipment of bulldozer, which provides depth of the tool with the angle of it a=55-60° and its next automatical decrease till a=20-25° at definite thickness of lavings, dependent on the category of cultivated soil. Change of angle of cut and its laracteristics will be settled according to definite analytical dependence. It lowers e energy capacity to 8.1-67.8% because of the increase of shaving thickness or sing the working speed and creates conditions for lowering the working cpenditures 17.5%, the basic cost of works — 18.8%, specific investment of the achine — 15.6% and given expenditures — 18.5%.

Dissertation is done at the Kazakh state architectural-and building academy, chair '„Mechanization and automation construction".