Значення питомих опорів грунту різанню і копанню, МПа

Таблиця 1

Назва грунту	Категорія	Об'ємна маса у щільному тілі, кг/м^3	Коефіцієнт розпушування	Питомий опір грунту різанню
ніж бульдозера	ніж скрепера
Пісок сипкий, сухий	I	1200.1600	1,05.1,1	0,01.0,03	0,02.0,04
Пісок вологий, супісок, суглинок розпушений	I	1400.1800	1,1.1,2	0,02.0,04	0,05.0,1
Суглинок, середній і дрібний гравій, легка глина	II	1500.1800	1,15.1,25	0,06.0,08	0,09.0,18
Глина, щільний суглинок	III	1600.1900	1,2.1,3	0,1.0,016	0,16.0,3
Важка глина, сланці, суглинок з щебенем, гравієм	IV	1900.2000	1,25.1,3	0,15.0,25	0,3.0,4
Зцементоване будівельне сміття, висаджена скальна порода	V	1900.2200	1,3.1,4	0,2.0,4	-

 

Основні параметри гусеничних тракторів

Таблиця 2

Показник	ДТ-75	Т-75	Т-4А	Т-100М	Т-130	Т-180	ДЕТ-250	Т-220	Т-330	Т-500
Марка двигуна	СМД-14	Д-75	А-01М	Д-10	Д-160	Д-180	В-30В	ДВ-220	8ДВТ-330	12ДВТ-500
Потужність двигуна, кВт
Тяговий клас
Швидкість руху, км/год:
а) вперед	5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67	2,14.10,6	3,47; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52	2,36; 378; 4,51; 6,45; 10,15	3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2;	2,86; 5,06; 6,9; 9,46; 13,09	Робоча 2,3.15; Транспортна 3,5.24,5	0.17,6	0.16,4	0.16,2
б) назад	3,42.4,28	1,76.5,86	4,69;5,47;6,34;7,04	2,79;4,46;5,34;7,61	3,56;4,96;7,14;9,9	3,21.8,19	То ж	0.14,6	0.13,7	0.13,5
Габарити, мм:
а) довжина
б) ширина
в) висота
Маса трактора, т	5,26	5,9		12,1		14,35

 

 

Зусилля, що необхідно подолати трактору при роботі з бульдозером:

W=ΣW_i=W₁+W₂+W₃+W ₄ (2)

де Wi — опір грунту різанню:

Wi =b sinα ck (3)

тут b — довжина відвала, м; α—кут повороту відвала в плані відносно вісі трактора, град; с — товщина шару, що зрізується, м; k — коефіцієнт опору грунту різанню для бульдозерів; W₂— опір волочінню призми грунту попереду відвала:

(4)

тут φ—кут природнього відкоса грунту (φ 40...45°); γ — щільність грунту; g — пришвидчення вільного падіння; µ — коефіцієнт тертя грунту по грунту (µ =0,4...0,8, причому менші значення приймають для вологих і глинястих грунтів); i — нахил шляху; W₃ — опір тертю грунту по відвалу:

W₃=0.5bh² γg cos² δμ^', (5)

тут δ — кут різання (δ 50...55°); µ' — коефіцієнт тертя грун­та по сталі (µ' = 0,7..0,8 для глини; µ' = 0,5...0,6 —для суглинку і супіску; µ' =0,35...0,5 — для піску); W₄ — опір руху трактора з бульдозером:

W₄=G(ω₀ ± i) (6)

тут G — сила важкості бульдозера з трактором; (ω₀ — питомий опір руху (див. таблицю. 3).

Питомий опір руху

Таблиця 3

Дорожні умови	Пневмоколісний хід	Гусеничний хід	Колісна причіпна машина
Свіжонасипаний грунт	0,3	0,15	0,1
Щільний грунт	0,2	0,12	0,1
Крижаний шлях	0,03	0,05	0,03
Сніговий шлях	0,15	0,14	0,1
Покриття з щебеню	0,04	0,05	0,05
Покриття з бетонну	0,02	0,05	0,02

 

Машини рухаються без пробуксува­ння за умови, що зчіпна сила тяги більше за колове зусилля на ободі ведучого колеса (зірочки) і більше загального опору руху.

Продуктивність бульдозерів при планувальних роботах, м²/год

, (7)

де v — швидкість руху бульдозера, км/год; b — довжина відвала, м; α — кут встановлювання відвалу в плані по відношенню до подовжньої осі трактора; k₁—коэффициент, що враховує перекриття слідів від ходової частини (k₁ = 0,8...0,85); k₂ — число шарів грунту, що планується.

Продуктивність розпушувачів по об'єму грунта, що готується для транспортування, м³/год

П=1000 vh_pb_pzk₁k₂/(k₃k₄), (8)

де v — швидкість руху розпушувача, км/год; h_p— глибина розпушування, м; b_p — ширина смуги, що розпушується одним зубом (b_p 2.4h_p, при­ чому більші значення відповідають матеріалам з шаровою структу­рою з горизонтальним розташуванням шарів); z — число зубїв; k₁ — коефіцієнт, що враховує зниження робочої швидкості (k₁ = 0,7...0,8); k₂ — коефіцієнт, що враховує зменшення товщини шару грунту, що розпушується (k₂ = 0,6...0,8, при чому менші значення відповідають грунтам, що створюють крупний скол глиби); k₃ — число проходів по одному різу; k₄ — число шарів розпушування в по­перечних напрямках для підготовки грунту до транспортування.

 

Завдання №4

 

Визначити продуктивність буль­дозера при розроблюванні грунту. Вихідні дані:

трак­тор Т-130

довжина відвалу b = 3,2 м

висота відвалу h = 1,3 м.

Маса трактора з навісним обладнанням m=17280 кг

Грунт, що розробляється, — щільний су­глинок γ = 1700 кг/м3.

Місце роботи — горизонтальний майданчик.

Відвал розташовано перпендикулярно вісі трактора α = 90°

 

Тягове зусилля, що розвиває трактор при N_дв=118 кВт (160 л. з) η_м = 0,8 і швидкості руху v = 3,7 км/год = 1,03 м/с

Сила тяги по зчепленню T_сц =G_сцφ. При русі бульдозера по щільному грунту φ = 0,9.

T_сц = 17280•9,81•0,9= 153000Н = 153 кН.

Умова руху без буксування T_сц >T_N > W.

Опір волочінню призми грунту з переду відвала на горизонтальному майданчику при φ = 40° α = 90° і µ=0,4 по формулі (4)

Опір від тертя грунту по відвалу по фор­мулі (5)

W₃ = 0,5•3,2•1,32•1700•9,81•cos 55°•0,6= 9300 Н=9,3 кН.

Опір руху бульдозера по формулі (6)

W₄ = 17280•9,81•(0,12±0)=20300Н = 20,3 кН.

Вільна сила тяги (запас тягового зусилля) залежно від зачіплюваної сили важкості

Т=Т_сц- (W₂+W₃+ W₄) = 153-(21,3+9,3+20,3)= 153-50,9=102,1 кН.

По потужності

Т=T_N - (W₂+W₃+ W₄)=82,6-50,9=31,7 кН.

Для подальших розрахунків слід брати менше значення. Розрахункова глибина різання (товщина стружки грунту) по формулі (3)

с=W₁/(b sinαk).

Для розробляємого грунту—щільного суглинка, к= 0,14МПa (по таблиці. 1).

В кінці набору грунту

На початку копання, коли тягове зусилля повністю витрачається лише на різання грунту і пересування бульдозера, вільна сила тяги

T=T_N—W₄ = 82,6-20,3=62,3 кН.

Відвал бульдозера може бути опущений на глибину

Середня товщина шару, що зрізається

об'єм грунту в призмі волочіння

довжина ділянки наповнювання грунту

Вибираємо швидкість руху на ділянках: наповнювання грунту v_н = 3,7 км/год, транспортування v_Т =4,4 км/год, руху заднім ходом v_з.х.=4,96 км/год.

Тривалість елементів циклу

t=li / vi

де l_i- довжина ділянки; v_i – швидкість руху машини.

Тривалість наповнювання грунту

транспортування грунту

руху заднім ходом

;

додатковий час на перемикання швидкостей, розвантаження і розподіл грунту t₄ = 30 с.

Тривалість циклу

t =Σti=11,7+32,8 +40,5+30=121 с.

Число циклів за одну годину

Коефіцієнт, що враховує втрати грунту

ψ= 1-0,005L = 1-0,005•40 = 0,8.

Продуктивність бульдозера по формулі (1)

Вихідні дані завдання №4

Номер завдання	b, м	h, м	L, м	m, кг	α, град	Назва трактора	Грунт, що розробляється
	2,6	0,9				Т-4А	Пісок сухий γ=1600кг/м3
	3,2	1,3				Т-130	Суглинок γ=1700 кг/м3
	4,5	1,55				ДЕТ-250	Глина γ=1900 кг/м3
	3,64	1,23				Т-180	Суглинок щільний γ=1800 кг/м3
	3,2	1,2				Т-100М	Пісок вологий γ=1800 кг/м3

 

 

Завдання №5

 

Визначити змінну продуктивність розпушувача, що готує грунт для подальшої його розробки бульдозером і тривалість роботи бульдозе­ра. Грунт, що розробляється — глинясті сланці. Кількість шарів розпушування k₄=3, кількість проходів на один різ k₃=1. Базова машина — трактор Т-100М, число розпушуючих зуб'їв z=3, глибина розпушування hр=300 мм. Товщина шару, що розробляється h=1 м., форма ділянки — квадрат. Дальність транспортування грунту бульдозером L (довжина сторони ділянки). Довжина шляху забору грунту бульдозером li = 12 м. Розміри відвалу b = 3,97 м, h = 1 м.

Швидкість трактора v = 2,36 км/год. Ширина смуги розпушення bр (2...4) hp, для сланців bр = 4•0,3= 1,2 м.

Продуктивність розпушування по формулі (8)

Швидкість бульдозера v = 2,36 км/год = 0,66 м/с.

Час набору грунту бульдозером

с

Змінна продуктивність розпушувача при коефіцієнті використання машини протягом зміни кВ = 0,8

Пе = 8,2ПkB = 8,2-38,6-0,8 = 254 м³/см.

При товщині розробляємого шару грунту Н= 1 м, площа розробляємої ділянки м². Довжина сторони ділянки

м.

Час пересування грунту на другій швидкості трак­тора

c

Час повернення бульдозера заднім ходом

c

Додаткові витрати часу t₄ =30 с. Тривалість циклу

t_ц=Σti = 18,2+15,3+28,4+30 = 92 с.

Кількість циклів за одну годину роботи

Коефіцієнт, що враховує втрати грунту при транс­портуванні

ψ= 1-0,005 L= 1-0,005•16 = 0,92.

Продуктивність бульдозера

Для пересування розпушеного грунту буде потрібно

 

Вихідні дані завдання №5

Номер завдання	k4	k3	z	hp, м	H, м	l1, м	b, м	h, м	Базовий трактор	G, т	Грунт, що розпушується
				0,4					Т-100М	15,1	Щільний суглинок γ=1800 кг/м3
				0,46			3,2	1,3	Т-130	17,3	Сланці γ=1900 кг/м3
				0,7			3,6	1,2	Т-330	43,3	Важка глина з щебенем γ=1200 кг/м3
				0,7			4,5	1,55	ДЕТ-250	37,5	Суглинок з гравієм γ=1900 кг/м3
				0,5	1,5		3,6	1,23	Т-180	22,7	Важка глина γ=1900 кг/м3

 

Скрепери

Скрепери – самохідні або причіпні до гусеничних тракторів чи колісних тягачів машини, що призначені для для пошарового зрізування, транспортування і розвантаження грунту. Скреперами можна виконати весь комплекс земляних робіт – різання грунту, переміщення його до місця укладання, розрівнювання і часткове ущільнення. Робочий орган скрепера – ківш на пневматичних колесах, забезпечений механізмом опускання, підйому і розвантаження, що приводиться в дію лебідкою або гідроприводом, що працюють від двигуна трактора (тягача). На передній кромці днища ковша на всю його ширину розміщений ніж, за допомогою якого відбувається пошарове зрізання грунту.

Рисунок 9. Напівпричіпний скрепер з одноосним тягачем

1 – ведучий міст тягача; 2 - одновісний тягач; 3 - ківш; 4 - днище ківша з ножами; 5 - задня стінка; 6 - заслінка; 7 - передня рама; 8 - буфер; 9 - гідравлічні циліндри для висування стінки; 10 - підйомні циліндри; 11 - хобот; 12 - гідроциліндри повороту скрепера.

Робочий процес — різання і набір грунту, транс­портування до місця укладання, розвантаження і повернення до місця набору — це є ряд послідовних операцій, що повторюються (рис. 5). Ківш опускається на грунт, врізається в нього під дією сили тяги трактора (тягача) або власного двигуна і знімає шар грунту (I). Наповнений ківш піднімається на ходу в транспортне положення (II) і пересувається до місця розвантаження. Розвантаження виконується також на хо­ду шляхом виштовхування грунту рухомою задньою стін­кою ківша або шляхом нахилу його днища, а в деяких моделях — перекиданням ківша (III).

Рисунок 10. Цикл роботи скрепера

 

Продуктивність скреперів (м³/год) визначають по формулі

,

де n = 3600/t_ц—кількість циклів за 1 год роботи; t_ц — тривалість циклу, с:

t_ц=t₁+t₂+t₃+t₄+t₅

тут t₁, t₂, t₃, t₄ — відповідно час набору грунту, ходу з навантаженим грунтом, розвантаження, холостого ходу, з; t₅ — тривалісті повороту, перемикання передач швидкостей і інші витрати часу.

Тривалість кожного елементу циклу

ti = li/vi

де l_i —длина відповідної ділянки, м; v_i — швидкість руху скрепера на цій ділянці, м/с.

Довжина ділянки набору грунту

l₁ = qk_H/(k_pb_c)

де q — геометрична місткість ківша скрепера, м³; k_H - коефіцієнт наповнення ківша грунтом (k_H = 0,8...1,2); k_p - коефіцієнт розпушування грунту (k_p = 1,1 — 1,3); b— ширина зрізання смуги, м; с —товщина шару грунту, що зрізується, м.

Набір грунту скрепером здійснюється за звичай на ділянках завдовжки 12...30 м. Розвантажуються скрепери на ділянках завдовжки 5... 15 м. Швидкість руху скрепера залежить від виникаючого опору грунтів і потужності трак­тора (тягача).

Найбільше зусилля, що потрібне для пересування скрепера, виникає під час набору грунту. Це зусилля визначається по формулі

W=W₁ + W₂ + W₃ + W₄ + W₅

де W₁ — опір грунту різанню

W₁=bck

тут b — ширина зрізуємого шару, м; с — товщина зрізуємого шару, (с=0,04...0,2 м); k — питомий опір грунту різанню (при­ймати значення k більше ніж 0,1.0,12 МПа не рекомендується, більш щільніші грунти слід заздалегідь розпушувати); W₂ — опір руху призми волочіння попереду скрепера:

W₂=ybh²γg(µ±i),

тут в — відношення висоти призми волочіння до висоти грунту в ковші (y= =0,5...0,7, причому більш великі значення для сипких грунтів); h — висота шару грунту в ковші, м:

 

Об'єм ківша скрепера, м3
Висота шару грунту в ківші, м	1.1,13	1,25.1,5	1,8.2	2,4

 

γ — об'ємна маса грунту, кг/м³; µ — коефіцієнт тертя грунту по грунту (µ = 0,3...0,5, причому більш великі значення для піщаних грунтів); i — нахил поверхні, що розробляється; W₃ — опір від сили важкості зрізуємого шару, що рухається в ковші:

W₃ = bchyg

W₄ — опір від внутрішнього тертя грунту в ковші:

W₄ = bh² yxg.

тут х—коефіцієнт, що враховує вплив виду грунту (х=0,24...0,31 — глина; х=0,37...0,44 — суглинок; х= 0,46...0,5 — пісок); W₅ — опір руху скрепера:

W₅ = (G_c + G_rp)(ω₀±i),

тут G_c— сила важкості скрепера; G_rp — сила важкості грунту в ковші; ω₀ — питомий опір коліс скрепера коченню (ω₀=0,15.0,2, для щільних грунтів ω₀ = 0,25...0,3 — для сипких пісків).

Завдання №6

 

Визначити продуктивність скрепера, що причіплюється до трактора Т-130. Геометричний об'єм ківша q=7 м³, місткість ківша з насипом V=9 м³. Дальність транспортування L=400 м. Ширина ків­ша b = 2,65 м, грунт розробляється під ухил i = 0,03. Розробляємий грунт — суглинок γ=1400 кг/м³, k = 0,06 МПа. Маса скрепера m_c = 7 т.

 

Сила тяги по зчепленню при пересуванні по щільному грунту

T_сц = G_сцφ = 1400•9,81•0,8= 110000 Н = 110 кН.

Опір грунту різанню при товщині зрізуємого шару 0,1м

W₁ =2,65•0,1•0,06•106= 15800 Н= 15,8 кН.

Опір руху призми волочіння

W₂ = 0,5•2,65•1.42•1400•9,81 (0,3—0,03) =9600 Н = 9,6 кН.

Опір пересуванню шару грунту в ківші

W₃ = 2.65•0,1•1,4•1400•9,81=5100 Н = 5,1 кН.

Опір від внутрішнього тертя грунту в ківші

W₄=2,65•1,42•1400•9,81•0,38 = 27200 Н=27,2 кН.

Сила важкості скрепера

G_c = mcg = 7000•9,81=69000 Н = 69 кН.

Сила важкості грунту в ковші скрепера

G_гр=Vyg=9 •1400 • 9,81 = 124000 Н=124 кН.

Опір руху скрепера

W₅ = (69000 +124000) (0,1-0,03) = 13510 Н= 13,5 кН.

Сумарний опір при наборі грунту

W = ΣWi = 15,8+9,6+5,1+27,2+13,5=71,2 кН.

Тягове зусилля трактора Т-130 при швидкості v = 3,7 км/год = 1,05 м/с

кН

Умова руху без буксування тягача

Т_сц = 110 кН > Р₀=92 кН > W=71,2 кН.

При невиконанні вимог умов руху не­обхідно змінить товщину зрізуємого шару грунту і швидкість руху, чи додатково використати товкач.

Уточнення швидкостей руху скрепера на окремих ділянках, км/год: набір грунту v₁ = 3,7; хід з вантажем v₂ = 7,44; розвантаження ківша v₃=4,4; холостий хід v₄ = 8,87.

На початку набору грунту товщина зрізуємого шару, може досягати 300 мм, що дозволяє прийняти середнє значення товщини зрізуємого шару грунту, с= 200 мм.

Довжина ділянки набору грунту

м

Довжина ділянки розвантаження ківша

м

Час набору грунту

з

Час ходу з навантаженням

з

Час розвантаження ківша

з

Час холостого ходу

з

Додатковий час, що витрачається на розвороти і на перемикання коробки швидкостей t₅=60 с.

Тривалість циклу

t_ц = Σti=15+193+10+174+60 = 452 с.

Кількість циклів за 1 годину роботи

Продуктивність скрепера

м³/ч

Вихідні дані завдання №6

Номер завдання	q, м3	V, м3	L, м	b, м	cмакс, м	i	mc, т	Базова машина	Грунт, що розроблюється
				2,65	0,3	0,04		Т-130	Суглинок розпушений
		3,5		2,1	0,2	0,03	2,8	ДТ-75	Пісок вологий
	4,5	5,5		2,43	0,25	0,05	4,8	Т-4А	Супісок
				3,04	0,3	0,03		Т-220	Суглинок
				3,04	0,35	0,04		Т-330	Щільний суглинок

 

 

 

 

Література, що рекомендується для використання:

1. С.С.Добронравов, В.П.Сергеев "Строительные машины".

2. А.С.Фиделев, Ю.Ф.Чубук "Строительные машины".

3. Д.П.Волков "Строительные машины".

4. П.С.Гринкевич "Строительные машины", Москва, "Машиностроение",1975

5. И.И.Гальперин, Н.Г.Домбровский "Строительные машины", Москва "Высшая школа", 1980

6. С.С.Добронравов Справочник "Строительные машины и оборудование Москва, "Высшая школа", 1991

7. Белецкий Б.Ф., Булгакова И.Г. « Строительные машины и оборудование», Ростов-на-Дону «Феникс», 2005г.

8. В.Л. Баладінський, О.М. Лівінський та ін.. «Будівельна техніка», Київ «Либідь», 2001р.

9. Белецкий Б.Ф. «Технология и механизация строительного производства», Ростов-на-Дону «Феникс», 2004г.

10. О.М. Терентьев, В.И. Теличенко, А.А. Лапидус «Технология строительных процессов», Ростов-на-Дону «Феникс», 2006г.

Механизация строительства, 1991г., №8.

 

http://stroy-technics.ru

http://bibliotekar.ru

http://www.baurum.ru/_library

http://www.dromash.ru/hogging_machine

http://www.speco-dsk.ru/

http://www.miningexpo.ru

http://ak1200.ru/pages/st3/

http://www.mexanik.ru/index.htm

http://dombo.ru

 

В.С. Зеленский

«Строительные машины. Примеры расчетов» Москва СТРОЙИЗДАТ 1983г.