РАБОЧИЙ ОРГАН ЗЕМЛЕРОЙНОЙ МАШИНЫ С

УДК 621.878.2
РАБОЧИЙ ОРГАН ЗЕМЛЕРОЙНОЙ МАШИНЫ
С ВЫСТУПАЮЩИМ НОЖОМ ТРАПЕЦИЕВИДНОЙ ФОРМЫ
Л.А. Хмара, профессор, д. т. н., ПГАСА,
В.А. Талалай, аспирант,
А.О. Белинский, аспирант, ДонНАСА
Аннотация. Рассматриваются анализ взаимодействия рабочего органа бульдозера
с грунтом, на основании которого был предложен усовершенствованный отвал
бульдозера, ножевая система которого укомплектована выступающим ножом
трапециевидной формы. Доказана целесообразность придания ножам рабочего органа бульдозера трапециевидной формы.
Ключевые слова: стружка, разрушение, прорезь, пластичность, деформация, срез.
Одной из основных целей развития землеройной
техники является повышение производительности и снижение энергоемкости копания грунта,
которая может быть достигается за счет усовершенствования рабочего органа бульдозера основанного на анализе закономерностей взаимодействия на разрабатываемую среду [1].
Снижение энергоёмкости копания грунта, путём
совершенствования рабочего органа бульдозера,
является актуальным, т.к. в процессе копания
грунта, наибольшая часть энергии затрачивается
на резание и заполнение грунтом рабочего органа, или перемещение грунта по поверхности рабочего органа [2].
Данный путь повышения производительности и
эффективности достигается при относительно
малых материальных затратах т.к. масса и стоимость рабочего органа бульдозера составляет
незначительную часть его общей массы и стоимости.
Цель и постановка задачи
Целью статьи является определение пути и способа создания эффективного рабочего органа
бульдозера.
Задачи: 1 – провести анализ взаимодействия рабочего органа бульдозера с разрабатываемой средой; 2 – создать, на основе анализа, усовершенствованный рабочий орган бульдозера оборудованного выступающим ножом.
Анализ воздействия рабочего органа
бульдозера на разрушаемый грунт
Внедряясь в грунт и двигаясь вперед, бульдозерный отвал отделяет стружку, оставляя после себя
прорезь трапециевидной формы. На рис. 1 представлена форма поперечного сечения прорези в
грунте, где АВСD – форма рабочего органа, h –
глубина, hпол – полная глубина, φ – угол образованный между боковыми поверхностями и поверхностью массива [3, 4, 5].
А
В
h
hпол
j
Введение
С
b
D
Рис. 1. Форма поперечного сечения прорези в
грунте
В процессе резания грунта, разрушение происходит в пределах прорези, ширина которой на поверхности существенно больше ширины b ножа
находящегося на глубине h, при этом боковые
поверхности образуют с поверхностью массива
угол φ, зависящий от вида грунта и его состояния.
Расширение грунтовой прорези в ее верхней части зависит от увеличения пластичности грунта. В
боковых расширениях прорези преобладают деформации отрыва и сдвига. Сопротивление грунта
разрушению в боковых расширениях прорези, отнесенное к единице площади их сечений, в 2–4
раза меньше, чем соответственное удельное лобовое сопротивление по ширине b ножа, где преобладают деформации сжатия и сдвига грунта [3, 4, 5].
При резании грунта разрушение перед гранью
ножа и по боковым расширениям прорези происходит в результате развития сложного напряженного состояния. Протекают данные процессы поразному. Такие закономерности, сохраняются до
определенного соотношения между шириной и
толщиной среза.
Рассмотренные особенности взаимодействия ножа с грунтом указывают на необходимость создания у рабочих органов машин таких форм режущих элементов, разрушение грунтов которыми
было бы аналогично их разрушению в боковых
гранях прорези.
Усовершенствование рабочего органа
бульдозера оборудованного выступающим
ножом, на основе анализа закономерностей
его взаимодействия с разрушаемой средой
Анализируя выше сказанное и учитывая, что рабочий орган имеет выступающий нож, принимается решение о придании выступающему среднему ножу трапециевидной формы, что позволит
избежать утрат грунта в боковые расширения
прорези и увеличить массу призмы волочения и
одновременно уменьшить горизонтальное сопротивление грунта копанию.
В свою очередь, боковые косынки, которые соединяют, под некоторым углом, выступающий
средний нож трапециевидной формы с боковыми
ножами, позволяют срезаемой стружке грунта
беспрепятственно, перетекать по ножевой системы двигаясь к лобовой поверхности, образовывая
при этом, компактную призму волочения, и затрачивая минимальное усилие.
а
1
Анализ взаимодействия позволил определить, что
при разработке грунта рабочим органом бульдозера, на разрабатываемой поверхности образуется
трапециевидная прорезь, которая способствует
уменьшению трения боковой поверхности ножа,
за счет чего уменьшается горизонтальная составляющая сопротивления грунта копанию.
а
2
1
5
2
3
4
б
1
2
4
2
3
б
1
2
2
4
3
4
2
Рис. 2. Рабочий орган бульдозера с выступающим
ножом трапециевидной формы: а – общий
вид; б – вид спереди; 1 – лобовая поверхность; 2 – боковой нож; 3 – средний выступающий трапециевидный нож; 4 – боковые
косынки
Однако значительным недостатком ее является
потеря грунта в боковые расширения прорези, что
существенно отражается на общей массе призмы
волочения.[6, 7].
5
4
3
2
Рис. 3. Рабочий орган бульдозера с выступающим
ножом трапециевидной формы, на режущей
кромке которого установлены зубья: а – со
стандартной формой боковых ножей; б – с
изменяющейся от центра к краю формой боковых ножей; 1 – лобовая поверхность; 2 –
боковой нож; 3 – средний выступающий
трапециевидный нож; 4 – зубья; 5 – боковые
косынки
На основании выше изложенного предложения об
усовершенствовании рабочего органа бульдозера,
возможно создание еще более эффективных рабочих органов: укомплектованных выступающим
ножом трапециевидной формы, на режущей
кромке которого установлены зубья (рис. 3);
укомплектованных двумя выступающими ножами трапециевидной формы (рис. 4).
1
3
5
4
2
3 5
4
2
3
Рис. 4. Рабочий орган бульдозера с двумя выступающими ножами трапециевидной формы,
на режущих кромках которых установлены
зубья: 1 – лобовая поверхность; 2 – боковой
нож; 3 – средний выступающий трапециевидный нож; 4 – зубья; 5 – боковые косынки
Выводы
Анализ взаимодействия ножа рабочего органа с
грунтом, указывает на необходимость создания у
рабочих органов машин форм режущих элементов, разрушение грунтов которыми было бы аналогично их разрушению в боковых гранях прорези.
Придание выступающему среднему ножу трапециевидной формы позволит избежать потери
грунта в боковые расширения прорези и увеличить массу призмы волочения и одновременно
уменьшить горизонтальное сопротивление грунта
копанию, а боковые косынки, соединяющие выступающий средний нож трапециевидной формы
с боковыми ножами, позволят снизить затрачиваемое усилие на перемещение грунта по отвалу.
Литература
1. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация
земляных работ в дорожном строительстве.
– М.: Транспорт, 1983. – 183 с.
2. Баловнев В.И. , Хмара Л.А. Интенсификация
разработки грунтов в дорожном строительстве. – М.: Транспорт, 1993. – 383 с.
3. Резание грунтов землеройными машинами.
Ветров Ю.А. «Машиностроение», 1971. –
357 с.
4. Машины для землеройных работ. Под общей
редакцией Ветрова Ю. А. Издательское объединение «Вища школа», 1976. – 368 с.
5. Машины для землеройных работ: Учебник для
студентов вузов по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин и др.; Под
общ. ред. Д.П. Волкова. – М.: Машиностроение, 1992. – 448 с.
6. Хмара Л.А., Коротких В.Б. Копание грунта
бульдозерными рабочими органами с выступающими ножами // «Строительные и
дорожные машины», 1993, № 8. – С. 14 – 17.
7. 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.
Рецензент: Б.А.
ДонНАСА.
Корольков,
доцент,
к.т.н.,
Статья поступила в редакцию 16 февраля 2005 г.