Математическое моделирование взаимосвязи параметров рабочего оборудования и энергоемкости копания грунта

Бульдозер признан одной из наиболее распространенных и эффективных машин для выполнения разнообразных земляных работ. Объемы земляных работ, ежегодно выполняемых в

Рис. 1. Основные параметры профиля неповоротного отвала нашей стране, огромны, они производятся различными землеройными машинами: одноковшовыми экскаваторами, скреперами, бульдозерами.

Энергоемкость копания грунта бульдозером во многом определяется формой и размером его отвала. Основными параметрами профиля неповоротного отвала (рис. 1) являются угол резания α , угол опрокидывания δ₃, угол наклона α₁, кривизна или радиус отвальной поверхности R, высота H и длина L . В меньшей степени работу отвала характеризует задний угол θ , угол заострения β , угол наклона козырька δ_к , высота с козырьком H_к и длина прямой части отвальной поверхности а .

При увеличении прямой части ножа отвала ухудшаются условия для перемещения стружки по отвалу и энергоемкость копания возрастает.

Математическая модель энергоемкости копания грунта

При разработке грунта различными рабочими органами землеройных машин энергоемкость зависит от параметров рабочих органов, а также прочности разрабатываемого грунта. Для того чтобы оценить энергоемкость копания грунта отвалом бульдозера с изменяющимся углом резания, рассмотрим следующую схему, представленную на рис. 2.

Если α 1 = α 0 + α, то величина H = S ∙ sin(α 0 + α) = S ∙ sinα 1 , из этого видно, что угол наклона отвала влияет на высоту отвала, а это, в свою очередь, ведет к изменению объема призмы волочения грунта. При копании грунта отвалом бульдозера возникают три основных сопротивления. Это сопротивление резанию W_p , сопротивление перемещению призмы волочения W np , сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу W в и сопротивление трению ножа о грунт, его принимаем равным нулю. Эти сопротивления определяются известными зависимостями

W_p = С . h 1-35 (1 + 2,6 . L )(1 + 0,01 а ), (1) где С – число ударов ударника ДорНИИ; L – длина отвала, м; h – глубина резания, см; α – угол резания, град.

W p = V np . Y rp . tg P , (2)

Рис. 2. Схема отвала бульдозера: H – высота отвала без учета высоты козырька; S – расстояние от режущей кромки отвала до точки соединения отвала с козырьком; α – угол резания; α1 – угол наклона отвала; α0 – постоянный угол между касательной к режущей кромке и линией, соединяющей режущую кромку ножа отвала с точкой крепления козырька

LH ²

где V_np =--объем призмы волочения ( K_np - коэффициент призмы волочения); у гр — объем-

2Kпр ный вес грунта, кг/м3; tgρ – коэффициент трения грунта по грунту.

W₆ = V np ■ Y rp cos 2 «• tg 5 ,                                                           (3)

где tg δ – коэффициент трения грунта по грунту.

На основании этих сопротивлений определяем мощность бульдозера, идущую на преодоление сопротивлений копанию грунта:

N =

T • Vp 102 • П

где Т – суммарное сопротивление копанию на отвале бульдозера, кгс; Vp – скорость движения p бульдозера при копании, м/с; η – КПД.

Производительность бульдозера при копании грунта определяем по формуле n = 3600 • Vnp Кв Ку, ТуКр

где K в – коэффициент использования бульдозера по времени ( K в =0,80,85); K у – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности; T_y – продолжительность цикла, с; K_p – коэффициент разрыхления грунта.

Продолжительность цикла бульдозера определим по формуле l l l +1 p    тр    p   тр

ц v v у п ’ p     тр       xx где lp – длина пути резания, м; Vp – скорость движения бульдозера при копании, м/с; lтр – длина транспортирования грунта, м; Vтр – скорость движения бульдозера при перемещении грунта, Vтр= 0,91,0 м/с; Vxx – скорость обратного холостого движения трактора, Vxx = 1,12,2 м/с; tn – общее время, затрачиваемое на опускание отвала, переключение передач и разворот, tn = (2528) с.

I = p_F

V 2V пр               пр

, ср        max min

где F – площадь снимаемого слоя грунта, м²; h cp – средняя глубина резания грунта, м; h max – глубина резания в начале копания , м ; h_min – глубина резания в конце копания грунта при перемещении призмы волочения, м; L – длина отвала, м

Т h =----- max              ^,

КрезL где Kрез – удельное сопротивление грунта резанию, кгс/м2.

На основании вышеизложенного определим энергоемкость копания грунта отвалом бульдозера:

N

E = n

T • V p 102 • n

T-V T К pц p

³⁶⁰⁰ • ^Vn_p • Ke • Kу " ¹⁰² • n . ³⁶⁰⁰ • V„_p • Ke • Kу

T • K ц • K^p

( С • h ¹³⁵ (1 + 2,6 • L )(1 + 0,01 a ) + — • у гр • tg p + — • _У г _Р • cos ² a • tg SV • T . • K p

2 K 2 K

пр

пр

102 • n 3600 • — • K b • K у 2 K_пр

,

LH ²

K

Тц =----

L ( KELL

пр

+ h min )V p

L

l

+ тр +

V тр

LH ²

EE^- [ Kyi ^{+ h} m^

Vxx

тр

⁺ t n

Таким образом, получена математическая модель, устанавливающая взаимосвязь основных параметров навесного рабочего оборудования бульдозера с энергоемкостью копания грунта.