автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оптимизация параметров бульдозерного оборудования на базе малогабаритного тягача

г

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ мдди

АВТОМОБИЛЬ'НО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ — -

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) 1

На правах рукописи

1

ТАШЫКИНА Ольга Юпьевна

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ МАЛОГАБАРИТНОГО ТЯГАЧА

05.05.04 - Дорожные и строительные малины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1_

МОСКВА 1596

J

Работа выполнена на кафедре дорожно-строительных машин Московского государственного автомобильио-доражного института (технического университета).

Научный руководитель

- кандидат технических наук, профессор Миргоян Г.С.

Официальные' оппоненты

- доктор технических наук, профессор Недорезоз И .А.

- кандидат технических наук, Савельев А.Г.

Ведущая организация

- . - АО Центральный научно-исследовательский институт организации, механизации и технической поиощ»: строительству

л ' .- у £*>

Защита состоится " ^Ям^&лА^ 1дд5 г. в 'О часов на заседании диссертационного совета ВАК К 053.20.11 при Московским государственном азтимоикльно-дорсдшиы институте (техническом университете^ по адресу: 125829, ГСП-47, Ленинградский проспект, 64, атж. № \

С диссертацией шжно ознакомиться в библиотеке института. Телефон для справок: 155-03-28.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу института.

Автореферат разослан МЛ^/Ц/О/ 1996 г.

Ученый секретарь .диссертационного совета-К Q53.30.ll, кандидат технических наук, профессор

Г.С. Мирзоян.

ОБЩАЯ ХАРЖГЕЕИСтаКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Механизация ыалообъемзых земляных и вспомогательных работ в стесненных условиях строительства является ватшой проблемой, реиение которой на современном этапе развития .. техники основывается на широком использовании малогабаритных маг шин с различным сменным,навесным оборудованием. С одной стороны, увеличивается ' использование малогабаритных бульдозеров (МБ) для механизация малообъемкых земляных-работ, возрастают ресурсозатраты, с другой стороны, ресурсозатраты необходимо сокращать. Одним из путей преодоления этого противоречия -является создание машин с оптпыалышми параметрами, полученными на основе уточнения и раа-зития современных методов расчета, ' учитывающих как детерминированные, так и вероятностные, статистические методы расчета и разработка методам определения оптимальных технических параметров, оббспечивашцих повышение зффекгсззости МБ. Это позволяет получить сузцеотвеннув экономив энергетических и материальных затрат. }>5ало-габаритные бульдозеры имевт ограниченные габариты, мощность и вес. В этих условиях повышение производительности МБ и снижение энергоемкости рабочего процесса в значительной степени определяется выбором оптимальных относительных параметров рабочего оборудования и базовой катины (îî/G, ï!/B, G/B) з зависимости от прочностных свойств грунта, -дальности перемещения' грунта й других условий эксплуатации, а также определение условий, в которых использование малогабаритных бульдозеров будет наиболее рациональным.

В Московском государственном автомобильно-дорсишом институте (техническом университете) на кафедре дорссто-строительных машин разработана методика определения рациональных параметров МБ с учетом условий их работы и их производительности на основе детер-ииЕироззано-статиоткческих расчетных зависимостей, которые квхя-ются продолжением существующих разработок методов определения рациональных параметров малогабаритных машин, полученных в лаборатории моделирования дорсиных маши МАДИ (ТУ). Тема диссертации связана с проблемой повышения эффективности дородного строительства, ■ выполняемой^ в рамках Академии транспорта' РЭ.

Цель работы заключается в разработке методики определения оптимальных параметров рабочего оборудования малогабаритных бульдозеров и режимов их работы с учетом наиболее вероятных условий

3

эксплуатации и .повышении на этой основе производительности малогабаритных бульдозеров.

Научнал вовизна работы заклнчается в установлении аавискмос-тей для определения оптимальных значений осноееых относительных технических Есра^этров: (Н/Б)олт. (М/В)опт. (£''В)опт в ззаиснкоо-тн от условий вкошг/атации по величина минимальных зкергеткчес:-и материальных aaipar; разработка методики и составлении asropi: -ма определения показателя, характеризующего соотношения мез«у объемом приамы волочения и весом Ж (q/G) о учетом условий эксплуатации; разработке методики определения рациональных параметров бульдозерного отвала (В, Н) в зависимости от прочностных свойств грунта 2 других условии эксплуатации; получений уточненной формулн расчета технической производительности mS с учетов времени на операции заглубления отвала к вероятностного изменения влияющих факторов (тип грунта, щгачностшэ свойства грунта, условия эксплуатации, тягово-скоростного режима); получении детерми-нкрозанно-сташдагческой формула, позволяющей определить производительность МЗ от главных технических параметров бульдозера -мощности или веса; установлении зависимостей, характеризующих изменения основных относительных технических параметров МБ: N/G, N/B, Б/В от N и G бульдозера; установлении закономерностей, показывающих влияние на производительность основных относительных технических параметров «Е: H/G, М/Е, G/B.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе разработанных математических моделей критериев эффективности рабочего процесса бульдозера предложена методика, позволявшая определить оптимальные параметры рабочего оборудования малогабаритного бульдозера на стадии проектирования в зависимости от условий производства зелпяных работ.

Апробация. Основные положения диссертационной, работы бшп: обсуздены и одобрены на 52-й, 52-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях ><!АДй (ТУ) в 1934-1935 гг., нг Международной конференции по открытым горным, земляным к дорскны}. работал в г. Ьйскве, 19-23 апреля 1334 г.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 7 работ.

Объем и структура работа. Диссертационная работа состоит иг введения, четырех глаз, основных выводов но результатам исследс— вашй: и прялсЕХ-нш. Содержание работы изложено на страниц»:,

4

кз них страниц машинописного текста, рисунков, таблиц и приложение на - страницах, список литературы состоит из 127 наименовании.

На защиту выносятся:

математические (регрессионные) зависимости, устанавливающие характер изменения показателя эффективности ведения земляных работ Пла от основных влияющих факторов: Пцз - f (Н, В, 1, Б, К«, Срл], N/G, G/B, N/B ...);

методика определения вышеуказанных основных и относительных параметров МБ с учетом услозий их работы;

уравнения определения оптимальной массы (G)0nT и относительных параметров МБ: CN/G)onT; (N/B)опт; (G/B)опт;

аналитические зависимости относительного параметра энергонасыщенности (H/G) от длины отвала МБ при различных дальностях транспортирования грунта, пределов линейного сопротивления грунта смятии, веса тягача: (N/G) - f (В: 1, Кк, [рл3, 8);

аналитические зависимости изменения производительности МБ от зеса бульдозера при различных мощности двигателя, длине отвала, дальности транспортирования грунта, пределов линейного сопротивления грунта смятию: П - f (G: М, В, 1, K«, [рл]);

аналитические зависимости для определения длины отвала (В) МЗ от веса, бульдозера при различных дальностях перемещения грунта и удельных сопротивлений копанию: В - f (G: 1; Кк);

зкспериментальное обоснование методики и достоверности получения зависимостей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ _.РАБОШ

Во введении обоснована актуальность исследований, лризедена общая характеристика работы и основные положения, выносимые на защиту.

• В первой главе диссертации проведен качественный анализ по определена© видов ыалааЗыяшвс. работ, выполняемых шлогабаритными бульдозерами и* количественный анализ каждого вида работ в общем объеме'. • -

Проблеме сокращения ручного труда на земляных работах, анализу условий эксплуатации машин для земляных работ в строительстве посвящены исследования ряда авторов и научных коллективов, выполненных в ЦШИШЖ, НПО ВНЖотройдсрмап, ЦКИЙС, МИШ, МАДИ,

5

НИИпромстрое и др. Е развитии механизации земляных работ болсьпое значение имеют труди проф. Н.Г.Дсм5ровского, А. Н. Зеленила, С.П.Епифанова, В.М.Казариноза, П.И.Сорокина и др.

Эффективность использования МБ зазиоит от степени соответствия его. параметров выполняемым работам. Проведенный анализ распределения вероятностей выполнения земляных работ различимей средствами и уровнями механизации показал, что ручные землян. :> работы невелики по объему и их вероятность варьируется з предела,с от О,OOS до 0,082 в общем объеме земляных работ.. Вероятность выполнения механизированных земляных работ с использованием малогабаритных бульдозеров в общем объеме земляных работ варьируется в пределах 0,054 - 0,2.. Проведенный анализ видов строительных работ малого объема, выполняемых MB, показал, что наибольший удельный вес занимают работы по планировке площадки (15 %) и обратной засыпке траншей, выемок (10-16 7.), которые целесообразно выполнять бульдозерным отвалом. В связи с этим для работы в стесненных условиях при малых объемах работ следует оскаЕдть универсальные малогабаритные погрузчики наряду с другими видами сменного рабочего оборудования неповоротшы бульдозерным отвалом.

В соответствии с ГОСТ 7410-79 МБ ограничены номинальным тяговым усилием до 25 кН и моздаость до 43 кВт, следовательно, для повышения производительности МБ н снижения энергоемкости рабочего процесса,' большое • значение приобретает выбор оптимальных' параметров рабочего оборудования и базового тягача, рациональное перераспределение мощности базовой мажны на рабочее оборудование и движитель, полное использование ее тягово-ецэпаых свойств, использование на тех работах, где применение MB будет рациональным. Поэтому определение оптимальных технических параметров малогабаритного бульдозера (N, G, В, N/G, S/E, N/B, G/g, B/q) необходимо вести с учетом вероятностных условий эксплуатации, включая грунтовые условия, объемы работ, особенности технологии производства работ'(стесненные условия), режимы нагружения машины, особенности конструкцш базового тягача (бортовой поворот).

В области исследования процессов резания и копания грунта отвальными рабочими органами и определения их рациональных параметров наибольшее признание -получили - работы К. А. Артемьева, В.И.Баловнева, И.П.Бородачева, а.Е.Дейнего, К.Л.Жихарева, А.Н.Зеленина, П.К.Лавренко, й.А.Недорезоза, В.К.РудЕеза, й.Е.Шатрова, А.А.Яркзка и др. Шецкфзчеаше параметры конструкций бульдозерных

б

отвалов, обеспечивающих повышение производительности в конкретных условиях эксплуатации, исследовались в работах В.С.Березина, Е.З.йофика, В.И.Козликина, В.В.Лихачева и др.

' Рекомендации по параметрам профиля отвальной поверхности, установленные различными авторами для промышленных бульдозеров среднего и тяжелого типа, можно и необходимо учитывать при определении оптимальных параметров бульдозерного оборудования малогабаритного тягача.

Существующие формулы определения производительности бульдозеров, предложенные многими авторами: Я.И.Бородачевш, В.М.Голь-дштеивом, И.С.Кавьяровым, Б.М.Позиным, Ю.П.Саматовым, В.В, .Емель-яненко, Б.Л.Магаршша, Г.Н.Карасевым, Б.Я.ЛапиЕЫм, й.А.Недорезо-вш, Д.й.Федоровым и Б.А.Бондаровичем, А.З.Шарцем и др. получены для промышленных бульдозеров среднего и тяжелого типа, не могут быть применены для расчета производительности МБ, т.к. малогабаритные бульдозеры ее является геометрически подобными м5лшнэмк в силу особенностей конструктивного исполнения (короткобазнвя машина с бортовым поворотом), кроме того эти зависимости содержат ряд эмпирических коэффициентов, касающихся параметров машин в пределах изменения мощности от 50 до 500 кВт. За пределами установленных эмпирических коэффициентов расчет по формулам приводит к существенным погрешностям. Существующие зависимости определения производительности бульдозера не учитывают вероятностный характер параметров, определяющих свойства машины и среда. Недостаточна данные об экспериментальной и статистической проверке существую-щнх формул производительности по малогабаритным мзшшш малых типоразмеров с учетом изменения мощности двигателя, веса машины," дальности перемещения грунта, прочностных свойств грунта и других факторов.

Для достижения поставленной цели диссертационной работы необходимо решить следующие задачи:

выполнить статистический анализ параметров существующих малогабаритных малин с целью установления качественных зависимостей между основными параметрами;

разработать зависимость для определения производительности МБ от основных технических (Н, Б, В) и эксплуатационных (1, Кк, [рл]) параметров на'базе детерминированно- статистического метода;

установить относительные обоищзлзщие целевые функции И/П, В/П, Икс для малогабаритных бульдозеров;

определись оптимальные значения основных относительных технических параметров МБ: M/S, К/В, G/B и Др.;

разработать математическое и программное обеспечение для определения технических параметров МБ;

разработать методику по определению рациональных параметре-;

»из;

оценить достоверность полученных теоретических зависимосте -путем сопоставления с экспериментальными данными;

определить ожидаемый технико-экономический~ эффект, от внедрения результатов работы.

Во второй главе представлена теоретическая часть исследовании, цельа которых являлось получение математических моделей взаимодействия бульдозерного оборудования со средой с учетом операции заглубления рабочего органа, а также влияние радиуса поворота малогабаритного тягача к толщина срегаемой стружки на изменение положения точки приложения равнодействующей сопротивлений на рабочем органе.

Для определения производительности МБ с учетом операции заглубления рабочего органа разработана математическая модель на основе использования принципа Даламбера, позволяющего определить силы и скорости движения любых точек МБ и описывающая угловые перемещения рабочего органа, оотоза тягача и малогабаритного бульдозера в целом. При составлении математической модели применялись следующие основные допущения: МБ является системой с головомныш и стационарными связями; угловые перемещения-рабочего органа и бульдозерного агрегата es превышает 15°. Соответствующая расчетная схема приведена ка рис. 1. Приведенные з диссертации уравнения движения МБ справедливы при условии, что угловое перемещение остова тягача относительно оси задних колес, вызванное усилием, развиваемым штоками гидроцилиндров и весом остова тягача, составляет а < 1,8° (уравнения приведены в главе 2).

Учтено, что при повороте на угол а - 1,8° относительно оси заднзк колео начинается дальнейшее движение остова тягача относительно горизонтали, вызванное действием усилий, развиваемых стоками гидроцшшвдров и весом МБ. . .! При расчете движения учтены следующие параметры системы: Jöi - момент инерции остова тягача относительно оси задних колес (точки Л); Ггц - усилие, развиваемое штоком гидроцививдра; Рост ~ вес остова тяг55з.; а, üj., сэ - текущие и конструктивные утлы; Н^, 8

Рис. 1. Расчетная схема рабочего процесса МБ на этапе заглубления рабочего органа

ЙЗ. Р-4, Й5, Кб. 1?7, Й8 - плечи действующих сил; момент, инерции тягача относительно точки С; & — угол поворота тягача з точке С относительно горизонтали; Гтр - вес тягача; Зр - момент инерции рабочего органа относительно оси упряжных шарнироз; Рро -вес рабочего оргаза; "в - вертикальная составляющая силы сопротивления копанию; Г0 - нормальная реакция со стороны грунта; 31 -угол, характеризующий наделение рабочего органа; Гг - горизонтальная составляющая - сил сопротивления копании; -Ее; - напряжение сцепления грунта; В - ширина рабочего органа; Ьк - глубина копания.

На основании анализа системы уравнений процесса заглубления разработана зависимость, одгсыззоцзя процесс'принудительного заглубления отвала под действием силы, развиваемой штоками гидроци-линдроэ из условия устойчивости тягача относительно точки опрокидывания, нкшочазщзя з себя: коэффициент несущей способности грунта; ширину низшей площадки поверхности нска, трущейся о грунт, с учетом затупления вола; длину ножа; вес рабочего органа; коэффициент трения ножа по грунту.

Работа малогабаритного бульдозера характеризуется многоцелевыми маневрами - поворотом с различными радиусами, а такие действием асимметричных нагрузок яа тягач, что определяет особенность распределения нагрузок го бортам и, вследствие чего, тягово-сцеп-ны5 характеристики машины изменяются в широком диапазоне. Анализ положения точки прклонения равнодекотзуялцеи сопротивлении по ши-

9

рике рабочего органа (В) малогабаритного бульдозера в зазиоиыостз от радиуса поворота (Р.) MB показывает, что при соотношении R > 81 равнодействующая сопротивления приложена в центре рабочего органа, т.е. дБиаэзив машины при таком радиусе поворота ыокно ететаи близким к прашлинейшу.

В третьей главе представлена методика определения произвс тельнссти малогабаритных бульдозеров на основе детерминировано- статистических расчетных зависимостей. Характер вли? удельных параметров, таких как N/G, N/B, G/B, G/q на произволз-тельЕость макет быть установлен на базе статистической обработка указанных величин для серийных малогабаритных бульдозеров, находящейся в эксплуатация. Влияние на производительность таких параметров бульдозера как мощность (N), масса (G), размеры отвала -длина (В), высота (Н). учитывается на основании известных детерминированных соотношений. <

При выводе основных зависимостей в работе приняты следувщи! доггу'ш.экнл! 1} основные эксплуатационные параметры (Kj-, Срд], 1, Кр3 и др.) не зависят друг от друга и от технических параметра] машины; 2) рабочий цикл включает все операции в определенно] последовательности: внедрение ножа в грунт, резание, перемещен® призма волочения, возвращение в исходное полокение; 3) время н; вспомогательные операции (переключение передач, торможение, разворот и др.)-учитывается коэффициентом;" 4) тяговое усилие реализуется по пределу сцепления Т - 4>сц S; 5) рабочие скорости определяются сопротивлениями передвижения и резания грунта и установленной мощностью двигателя.

Формулы для определения производительности в зависимости о: основных технико-эксплуатационных параметров П-f(N); n-f(G) был) получены путем анализа существующей зависимости П-f (q, tu) и основываются на разработке частных соотношений, устанавливающих характер связей каждого слагаемого времени рабочего цикла бульдозера в зависимости от технических параметров машины (N, G, В н др. и условий эксплуатация (К*, [рл3, 1, f и др.):

КН м3

(Ко Ы/ (6 В*) + Kei'K«; + Ке2* Kq" Gl/Б^) ' ч

где К - 3,6-Кн-Кв'С, 1 (КраКвсл) - коэффициент, учитывающий экс плуатацйонно-технаЕОГЕческие факторы, Ш м/(кЗт ч); Ко - 0,001* 10

Кдл-Кц'Кв/Кс - коэффициент, характеризующий операцию гаг дубления ножа в грунт, MH2/kBî; 0,001 - размерный коэффициент, Ш м/(кВт с); Крл - коэффициент заглубления, Ш с/и; К^ - 2 tgp В2/Н2 - коэффициент, учитывающий объем перемещаемой бульдозером призмы грунта; Кв - коэффициент, определяющий длину части отвала, 'заглубляемого з грунт; Kg - коэффициент распределения веса тягача ка отвал; - Кк - коэффициент удельного сопротивления копания грунта, Ша; Ksi, К6"2 - коэффициенты, характеризующие влияние тяго-во-сцепных свойств даияителя при капании и при передвижении с грунтом и возвращении в забой;-Кя - коэффициент заполнения отвала грунтом; Кв - коэффициент использования машины по времени; Крз-коэффициенг разрыхления грунта; Квсп- коэффициент, учитывающий время на выполнение вспомогательных операций.

Вид детершнировавно-статистическои зависимости для определения производительности ШЗ в значительной степени зависит от характера изменения отношений N/G, 1/В2, Б/В3 от величин N или G. Соответствующий графический материал дан на рис. 2. Эти завися-

ê)

мости установлены es основании обработки статистических данных по существуищим малогабаритным бульдозерам. На основании обработки статистической информации и соответствующих графиков получены следующие искомые зависимости в функции от мощности (N):

N/G - 700 + 20-N; 1/В2 - 4,24 N-0'675; Б/В3 - 0,057 М-0'63;

в функции от веса (Б) :

N/S - 100 + 53-103G; 1/В2 - 0,032-692; Q/E3 - 8-10"4 G"0' 58.

Подставляя-в формулу производительности вместо относительных параметров полученные уравнения регрессии, имеем:

К N м3

Пы -

Ко(2968+84,8 И)Г0'675 + Кб1К« + 0,057^2^1 -И-0'63 ' ч

(-5 + 1500 Б) К . м3

1^2---------------------------------------------------

Ко (3,2+1696 Б)6"°'692 + Кб1К(с + а-10~4КйгКа1' й-0'58 ' ч

В качестве показателя для оценки эффективности и оптимизации технических параметров при отсутствии надежных и обоснованных данных по приведенным уделзьныы затратам и на этапе проектирования можно воспользоваться обобщенным показателем Пыс. характеризующим машину по экономии энергетических и материальных затрат. На основании анализа полученных зависимостей предложена формула обобщенного показателя в следущем виде:

1 f Ко j- Н,- (Кб1 К* + K62_Kq G1/E3) \*

Пна - KÍ I "р l"a J + ).

Оптимальное значение веса ME (Бопт) определяется на основании анализа такой целевой функции, как производительность. Получена {¿срь£ула для определения £опт- '

f Ко H В.

Gonx - i-------- • "

^ КЙ2 K<j 1 /

Графики изменения производительности (П) от веса '(Б) представлены на рис. 3. Анализ графиков показывает, что с роотом мощ-

3)

Дв

5) г)

Рис. 3. Зависимость технической производительности МЗ от веса В при различных: а) мощностях двигателя Ы: 1 - №-10 кВт, 2 -N-50 кВт; б) длине отвала Е: 1 - В-1,1 м, 2 - В-2 м; в) удельном сопротивлении копанио К«: 1 - Кк-0,01 №а, 2 - Кк-0,1 МПа; Г) П-Г(Ы): 1 - Б-0,01 МН, 2 - (3-0,02 МН, 3 - Б-0,03 МН.

нэста двигателя от 10 до 50 кВт, о увеличением длины отвала бульдозера от 1 до 2 м, с увеличением пределов линейного сопротивления грунта смятию от 0,001 до 0,01 МН/м, с увеличением удельных сопротивлений коланив от 0,01 Ш/м2 до 0,1 МН/м2 - максимумы значении производительности смещается з сторону увеличения веса МВ от 750 до,2000 кг.

Оптимальные значения отношений (М/В)0лт, (К/В)0пт» (б/В)спт определяются на основании анализа обобщенной целевой функции

(N/GW - 1/Кс (Köl^'B2 + Kä2-Kq-ßl/B) ,

кВтЛЩ

(N/B)ОПт - 1/Ко (Ksi-Kk-G-B2 + Kö2-K<i-G£1/B2), кВт/м

(Б/В) опт ~ ДО/В)опт / ДО/Б) опт,

МН/м

Результаты исследования целевой функции в зависимости от-N/G, H/B, G/B для разданных 1 представлены на рис. 4. Анализ гра-

n^olm^1

чns-iü, —ъъ

не

Л H&L

G± НН

25 20 15 10 5

14

16 18 5)

1

<&

20 и

Рис. 4. Зависимость обобщенного показателя Ems от основных относительных параметров МБ: а) Пыа - f(N/G); б) Dng - f(N/B). 14

фикоз позволяет установить оптимальный диапазон значений этих величин для МБ: (N/G)опт - 1200 - 1400 кЕтЛ.Й, (Н/В)опт - 16 - 18 кВт/м, (G/B)onт - 0,012 - 0,014 МН/ы. При фиксированной дальности транспортирования грунта наблюдается зона равной эффективности для различных значений H/G, N/B, GL/B. Это позволяет сделать- вывод о анрокои универсальности бульдозерного оборудования по отношению к условиям зксплуатации. На основании известных относительных величин N/G, N/B, G/Б предложенные зависимости могут быть использованы для установления рациональных условий эксплуатации (1, Кк и др.), при которых маяшна с данным параметрами может дать наи-больиий эффект: 1-3-5 м, К* - 0,01 - 0,02 МПа.

Результаты исследования функции энергонасыщенкости (H/G)0n-в зависимости от длины отвала В представлен на рис. 5.

/ Ке2 Ка G 1

Вопт "

Kei K« ) , и

/VI t&r Шс*г М

1000 -

Кк--0,0£МЯа

Кк.- 0,04МГГй

Кк-0,02Ша

Рис.-5. Зависимость энергонаснщешости (Н/Б) М8 от длины отвала В при разжчных значениях: веса б МБ, дальности транспортирования грунта 1, удельных сопротивлений копанию К«

Оптимальная величине ДЛИНЫ ОТВОДп bq^^ эзвкоит от уСЛОВШ! эксплуатации и вэса !ffi ис увеличением веса от 1000 кг'до 3000 кг, уменьшением прочности грунта от 0,1 МПа до 0,01 Ша увеличивается от 1,6 до 2,3 м.

В четвертой главе изложены результаты машинного эксперимента, выполненного на- ЭВМ методом статистического моделирования и приводится сравнение полученных результатов с экспериментальными данными других авторов. Глава завершается изложением методики определения рациональных параметров МБ.

Возможность применения предложенной формулы для определения производительности МБ оценена по расчетным данным, полученным методом статистического моделирования.. Производительность рассматривается . как функция случайных и детерминированных аргументов. Принимаем допущения, что параметры f, К«, б, t¡> ~ распределены по закону Гаусса. В вероятностном виде формула производительности может быть представлена в виде следующего выражения:

А

7 (П)-------------------------------------------------------

*2(Кк) С D f4(f) ¥6(B/q)

?l(£pj¡3) Б +-----------------------+---------------

¥3(S) ti " ?7(SCP)

где А, В, С, D - величины, принятые как постоянные;

(х) - плотность распределений i-.ro параметра X.

Генерирование случайных величин производилось в соответствии с указанным законом распределения в пределах следующих значений параметров: (¡>-0,1-0,9; 5-0-0,2; бСр-0-0,17; f-0,04-0,2; Кк-0,01-0,1 Ша; G/q-0,06-0,11 MHAí3; 1рдЗ-0,001-0,01 МН/м. Реализация расчета статистической модели производительности выполнена при следующих значениях дальности перемещения грунта - 1, 5, 10, 15 , 20 , 25, ЭЗ, 35, 40 и.

Сопоставление данных по производительности, полученных мето- . дом статистического моделирования с данными по материалам исследований, выполненных другими авторами при 1 - 40 а и сравнение полученных кривых распределений (рис. 6.) показывает, что расчетная выборка, произведенная методом статистического моделирования и экспериментальная выборка он - 140'распределены по нормальному закону, их математические ожидания, разные 37,1 и 38,1 ъР/ч лежат в соответствующих доверительных интервальных границах, что указы-

16

вает на достоверность и обоснованность предложенных теоретической формулы производительности и чэстеых эмпирических зависимостей коэффициентов, учитывающих различные конструктивные и эксплуатационные особенности Ш. Максимальная ошибка при сопоставлении величин производительности не превышает 3 - 17%.

Рис. б. Сравнение теоретических кривых распределений вероятностей производительности МБ, получении методом статистического анализа и расчетным путем: Г (П) - плотность распределения экспериментальной выборки с объемом п-140; ГР(П) - плотность распределения расчетной выборки

На основании результатов исследований разработана методика определения рациональных параметров МБ по заданной ыщпости двигателя базового тягача и наиболее тякелш вероятным значениям условий эксплуатации.

' Следует отметить, что экономический эффект от внедрения одного МБ, имеющего оптимальные параметры для определенных услсзий эксплуатации паяет достигать годового зкономического эффекта до 23,4 млн. руб. (по ценги на октябрь изсяц 133с г.).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Ш РАБОТЕ

Проведенный анализ видов строительных работ малого объема, выполняемых MB показал, что наибольший удельный вес занимают ра- • боты по планировке площадки (15%) к обратной засыпке траншей, выемок (10-18%), которые целесообразно выполнять бульдозерным отвалом. В связи с этим следует оснащать универсальные малогабаритные погрузчики наряду с другими видали сменного рабочего оборудования неповоротныы булздозершм отвалом.

1. Анализ методов определения производительности бульдозеров показал, что существующие зависимости, полученные для промышленных бульдозеров среднего и тяжелого типа, не могут быть применены в полной мере для расчета производительности малогабаритных бульдозеров, т.к. МБ не являются геометрически подобными машинами в силу особенностей конструктивного исполнения (короткобазная машина с бортовым поворотом), кроме того эти зависимости содержат ряд эмпирических коэффициентов, касающихся параметров машин в пределах изменения мощности от 50 до 500 кВт. За пределами установленных эмпирических коэффициентов расчет по формулам .приводит к существенным погрешностям и не дают необходимую точность расчета. Расчетное значение-производительности получается завышенным на 35,4 - 40 7..

• 2. "Для определения производительности МБ с учетом 'операции заглубления рабочего органа разработана зазисшость, описывающая угловые перемещения рабочего органа, остова тягача и малогабаритного бульдозера в целом, которая учитывает особенность коеструк--ции МБ, малые углы перемещения отвала вследствие небольшой глубины копания. Установлено, что увеличение несущей способности грунта (более 100 кПа) или ширины площадки износа ножа (более 1,5 см) приводит к невозможности принудительного заглубления отвала под действием силы, развиваемой штоками гидроцшшндров и к нарушению устойчивости тягача.

3. При соотношении радиуса поворота МБ и ширины рабочего органа В - R > 8 В равнодействующая сопротивления Еридсиена в центре. отвала,, т.е. движение МБ при таком .радиусе поворота модно считать близким к'прямэлинейнымому.

4. Установлен оптимальный диапазон значений относительных параметров: (N/G)Cnr - HCQ - 1400 кЕт/Ш, 0<7Б)ОПт - 15 18 кВт/м, (ß/В)опт и 0,011 - 0,016 WH/м. Проектирование малогабзри^

18

них бульдозеров рекомендуется вести с учетом указанных выше значений относительных, параметров.

5. Выполненный статистический анализ экспериментов и результаты статистического моделирования на ЭВМ показали, что разработанная формула производительности наилучшим образом соответствует действительному рабочему процессу № с учетом факторов, определяющих протекание процесса копания и транспортирования грунта. Сравнение кривых распределений значений величины производительности при дальности перемещения грунта 1-40 и по соответствующим критериям согласия показало, что расчетная и эксперзшентальная выборки распределены по нормальному закону с характеристиками, которые практически не отличанится друг от друга, а. их математические ожидания, разные 38,1 и (37,1 м3/ч лежат з соответствующих доверительных границах. Максимальная ошибка при сопоставлении величин производительности не превышает 3 - 17 X.

6. Разработана методика определения рациональных параметров бульдозерного отвала в зависимости от прочностных свойств грунта и условий эксплуатации. Разработанные методические положения и рекомендации могут быть исгользозаны при определении технических параметров землеройных машин и формировании критериев оценки рабочего оборудования на этапах создания новых маши на малогабаритных тягачах.

Ожидаемый эффект от внедрения результатов работы заключается в том, что МБ с оптимальными техническими параметрами имеют производительность на 10 X больше, стоимость земляных работ при этом снижается на 10-15 X.

Результаты исследований и их анализ позволили определить-направления дальнейших исследований: развитие и уточнение алгоритма расчета основных технических параметров малогабаритных машин с . учетом вероятностного характера условий их эксплуатации и формул связи между основными техническими .параметрами малогабаритных малшн; определение производительности МБ с заданной надежностью.

Основные-положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1., Мирзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Особенности конструкций малогабаритных тракторов для использования в дорохяом к коымуналь-

19

ном хозяйстве. Деп. ВИНИТИ N 1475-В93 опубл. б/у ВИНИТИ 1993 N 9.

2. Баловнев В.IL, Мирзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Базовые шасси машин для механизации малообъемных работ в строительст-ве//Строительныэ и дорожные машины. N 2, 1994, с. 25-30.

3. Талалыкина О.Ю. Уточнение формулы для определения производительности зеылеройно-транспортных машин. Сб. докл. ыеждунар. конференции по открытым горным, земляным и дорожным работам. Москва, РЭ, 19-23 апреля 1994-г., с. 158-170.

4. Ыирзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Определение производительности малогабаритных бульдозеров на основе детерминированно-ста-тистических зависимостей. Деп. ВИНИТИ N 1245-BS4 опубл. б/у ВИНИТИ 1394 N7.

5. Шрзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Методика детерминирован-но--статистического определения производительности бульдозеров. Деп. ВИНИТИ N 1245-Б94 опубл. б/у ВИНИТИ 1994 N 7.

6. Талалыкина О.Ю., Ыкрзоян Г.С. Анализ, оценка эффективности и определение оптиыальньЬс параметров малогабаритных бульдозеров. Деп. ВИНИТИ N 2613-BS5 опубл. б/у ВИНИТИ 1995 К 12.

7. Мирзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Определение производительности малогабаритных бульдозеров//Строительные и дорсешыэ машины. N 10, 1995, С. 25-29.