Отчет по лабораторной работе

«Определению рациональных технологических параметров и производительности бульдозера»

Преподаватель __________ А.П. Прокопьев

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент СФ 10-26 __________ А.Н. Прудников

номер группы подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск-2013

Цели работы: изучить устройство бульдозера с гидроприводом; закрепить знания по определению параметров рабочего процесса бульдозера; привить практические навыки определения технологических параметров и производительности бульдозера с использованием ПЭВМ.

Оборудование и приборы: бульдозер, динамический плотномер ДорНИИ (рис 3), миллиметровая линейка.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Машины для земляных работ в гражданском строительстве используют при рыхлении плотных, скальных и мерзлых грунтов, планировании строительных площадок, подготовке основании под дороги и проезды, разработке котлованов под фундаменты здании и сооружении, рытье траншей открытым способом при прокладке городских коммуникации и строительстве подземных сооружений, копании ям и приямков, зачистке дна и откосов земляных сооружений, обратной засыпке котлованов и траншей после возведения фундаментов и прокладки подземных коммуникаций и т.п.

Машины осуществляют разработку грунтов тремя основными способами:

-механическим, при котором грунт отделяется от массива пассивными и приводными (активными) режущими органами – ножами, зубьями, скребками, клиньями, резцами, фрезами и т.п.;

-гидромеханическим, при котором грунт разрушается в открытом забое, направленной с помощью гидромонитора струёй воды под давлением до 6 МПа или всасыванием предварительно разрушенного (гидромонитором или фрезой) грунта со дна водоема грунтовым насосом – землесосом;

-взрывным, при котором разрушение грунта (породы) происходит под давлением расширяющихся продуктов сгорания (газов), взрывчатых веществ.

Иногда применяют комбинированные способы разработки грунтов, например взрывной (предварительное рыхление) в сочетании с механическим (последующая разработка землеройной машиной с ножевым или ковшовым рабочим органом).

В настоящее время около 95% процентов земляных работ в строительстве осуществляется механическим способом. При выполнении земляных работ используют широкую номенклатуру различных по назначению, конструкции и принципу действия машин, которые разделяются на:

- машины для подготовительных работ;

-землеройно-транспортные машины;

- экскаваторы;

-бурильные;

- для бестраншейной прокладки коммуникаций;

- для гидромеханической разработки грунта;

- для уплотнения грунтов.

Одним из наиболее распространенных типов машин для земляных работ являются бульдозеры, которые предназначены для копания грунта и перемещения его на расстояние до 50 - 100 м. Бульдозеры применяются для копания широких траншей, возведения насыпей, разработки выемок, выравнивания рельефа местности, разравнивания грунта и сыпучих материалов, засыпки рвов, уборки снега и т.д.

По назначению различают бульдозеры общего назначения, используемые для основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях (бульдозеры – толкачи, подземные и подводные бульдозеры).

В зависимости от тягового класса их подразделяют на: сверхтяжелые с номинальным тяговым усилием свыше 300 кН и мощностью более 300 кВт (класса выше 35), тяжелые соответственно 200 - 300 кН и 184 - 300 кВт (класс 25…35), средние 135 - 200 кН и 118 - 183 кВт (класс 6…15), легкие 25 - 135 кН и 43 - 117 кВт (класс до 1,4…4) и малогабаритные соответственно менее 25 кН и менее 43 кВт (класс до 0,9).

По типу ходового устройства - гусеничные и пневмоколесные.

По конструкции рабочего органа различают бульдозеры с поворотным и неповоротным отвалом.

Рабочий цикл бульдозера состоит из следующих операций: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки. После отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6…10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60…80 м для гусеничных бульдозеров и 100…140 м для пневмоколесных.

К основным параметрам бульдозерного оборудования относятся высота H и ширина B отвала, радиус кривизны отвала r, основной угол резания δ, задний угол отвала ά, угол заострения ножей β, угол перекоса отвала έ и угол поворота (у машин с поворотным отвалом) отвала в плане γ (м), высота подъема отвала над поворотной поверхностью h₁ и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности h₂ (м), напорное Т и вертикальное Р усилия на режущей кромке (кН), скорости подъема ν_п и опускания отвала ν _о.

1 - толкающая рама; 2 - откос; 3 – гидроцилиндр перекоса; 4 - гидроцилиндр подъема - опускания; 5 - козырек; 6 - базовый трактор.

Рисунок 1-Бульдозер

.

1 - гидробак; 2 - насос; 3 - гидроцилиндры подъема - опускания отвала; 4 -гидрораспределитель; 5 - гидроцилиндр перекоса отвала; 6 - гидрозамок; 7 -гидроцилиндры подъема-опускания рыхлительного оборудования.

Рисунок 2 – Объемный гидропривод бульдозера – рыхлителя

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Исходные данные: вариант №5.

Параметры бульдозера ДЗ – 54С:

Высота отвала H =1,2 м.

Длина отвала B = 3,2 м.

Угол резания ά =50-60 °.

Масса бульдозера m = 14020 кг.

Мощность двигателя N =79 кВт.

Оборудование и приборы: бульдозер ДЗ-54С, динамический плотномер ДорНИИ, миллиметровая линейка.

1. Изучить устройство бульдозера с гидроприводом.

2. Определить число ударов С (выполнить пять опытов на испытательном полигоне учебного заведения) при помощи динамического плотномера ДорНИИ:

С₁ = 30; С₂ = 39; С₃ = 37; С₄ = 42; С₅ = 35.

С_ср = (30+39+37+42+35)/5=37.

3. По таблице-2 определим категорию грунта и его параметры:

Группа грунта IV.

Рисунок 3 - Динамический плотномер (ударник) ДорНИИ

коэффициент трения грунта по грунту, μ₁ =0,4;

коэффициент трения грунта по металлу, μ₂ =0,7 – 0,8;

удельное сопротивление грунта резанию, К =150 – 250 кПа;

плотность грунта, γ = 1,9 – 2,0 т/м;

коэффициент разрыхления грунта, К = 1,2 – 1,35.

4.Определить сопротивления, действующие на бульдозер, технологические параметры и производительность:

Тяговый расчет предусматривает выполнение условия:

åW < Т < Gj,

где åW - сумма сопротивлений, действующих на бульдозер при копании, кН;

Т - тяговое усилие базовой машины, кН;

G - сцепной вес бульдозера, кН, равный для бульдозеров на пневматическом ходу весу, приходящемуся на ведущие колеса. Для бульдозеров на гусеничном ходу равный общему весу бульдозера;

j - коэффициент сцепления, который может быть принят 0,9 для гусеничных машин и 0,6 для колесных.

Общее сопротивление (кН), возникающее при работе бульдозера с неповоротным отвалом, определяется по формуле:

åW= W_p+W_np+W_стр,+W_пер,

где W_p - сопротивление грунта резанию, кН;

W_пр - сопротивление перемещению призмы волочения грунта перед отвалом, кН; W_стр - соп­ротивление перемещению грунта вверх по отвалу, кН;

W_пер - сопротивление перемещению бульдозера, кН.

По формуле Домбровского сопротивление грунта резанию:

W_p = К*h*В = 250*0,1*3,2=80 Кн,

где h=0,1 м- глубина резания, м.

W_np=V_пр*γ*(μ₁ ± i)*g, Кн;

где V_np - объем призмы волочения грунта, м³;

g - 9.81 м/с² - ускорение свободного падения;

i - уклон местности, i = tg(b)=tg10⁰=0.176 при движении на подъем,

i =- tg(b) - при движении на спуск;

b - угол наклона местности, град.

V_пр = B*H²*K_н/(2tg((j_гр)K_р) = 3,2*1,2²*0,85/(2*tg45*1,35)= 1,44м³.

W_np=V_пр*γ*(μ₁ ± i)*g=1,44*1,9*(0,4+tg10)*9,81=15,46 м³;

где К_н - коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунта, К_н= 0,85 - 1,05;

j_гр- угол естественного откоса грунта в движении, град =20 - 50 град.

W_стр = V_пр*g*cos(a)*m₂*g =1.44*1,9* cos50 *0,7*9,81=12,08 кН;

W_пер= G*(f±i) = 137,536*(0,06+tg10)=32,46 кН,

где f - коэффициент сопротивления перемещению движения трактора;

G – вес бульдозера, G=m*g=14,02*9,81=137,536 кН.

åW= W_p+W_np+W_стр,+W_пер =80+15,46+12,08+32,46= 144 кН.

Тяговое усилие:

Т = (N/V_р)*h = (79/0,7)*0,9 = 101,57 кН,

где N - мощность двигателя базовой машины, кВт;

V_р - скорость движения бульдозера при копании грунта, V=0,7 м/с (из диапазона 0,6 – 1,25);

ή -КПД трансмиссии, ή = 0,9.

Gj =137.536*0.9 =123.78 кН.

åW=144 > Т=101,57 < Gj =123,78.

Тягового усилия бульдозера недостаточно для разработки данной группы грунта на заданную толщину. Необходимо уменьшить толщину срезаемого слоя.

Производительность (м³/ч) бульдозера при резании и перемещении грунта определяется формулой:

П= 3600*V_пр*К_в*К_у*К_п/Т_ц , м³/ч,

где К_в - коэффициент использования бульдозера во времени, К_в = 0,85;

Ку - коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на произ­водительность бульдозера, Ку=0,5 (по табл.5.5);

К_п =1 - 0,005*1_тр - коэффициент учета потерь при перемещении грунта;

1_тр-длина перемещения (транспортирования) грунта, м,

Т_ц - длительность цикла, с:

Т_ц=l_p/V_p+l_тр/V_тр+(1_р+1_тр)/V_хх+t_пот ,с,

где 1_р- длина пути резания, м;

V_р- скорость движения бульдозера при резании грунта,V_р= 0,6 - 1,25 м/с;

V_тр - скорость движения бульдозера при перемещении грунта, V_тр= 1,25 - 1,67 м/с;

V_хх- скорость обратного холостого движения трактора, V_xx = 1,8 - 2,2 м/с;

t_пот - общее время, затрачиваемое на опускание отвала, на переключение передач и на разворот, t_пот = 25 - 26 с.

1_р=2*V_np/(B*(h₁+h₂)), м;

где h₁ - глубина резания в начале копания, м; h₂ - глубина резания в конце копания, м.

h₁= (T-W_пер)/(K*B)= (101,57-32,46)/(250*3,2) = 0,086 м.

1_р=2*V_np/(B*(h₁+h₂)), м.

Скорость (м/с) движения бульдозера при перемещении грунта:

V_тр=N*h/ (W_np+W_стр+W_nep)=79*0,9/(15,46+12,08+32,46)=11,85 м/с.

Возможная максимальная глубина резания в конце копания фунта определяется из условия полной реализации тягового усилия, причем тяговое усилие ограничено условием:

Т < Gj.

Максимальную глубину резания в конце копания грунта можно найти из уравнения:

T = W_пр+W_стр+W_пер+K*B*h_{2 max}=101,57 кН,

откуда

h_{2 max}=(Т – W_пр –W_стр- W_пер) /(K*B)=(101,57-15,46-12,08-32,46)/(250*3,2)=0,051 м.

1_р=2*V_np/(B*(h₁+h₂)) = 2*1,44/(3,2*(0,086+0,051)) = 6,55 м. Т_ц=l_p/V_p+l_тр/V_тр+(1_р+1_тр)/V_хх+t_пот = 6,55/0,7+50/11,85+(6,55+50)/2,2+25=64,28 с.

П= 3600*V_пр*К_в*К_у*К_п/Т_ц = 3600*1,44*0,85*0,5*0,75/64,28=25,7 м³/ч.

Найденное значение представляет оптимум производительности в зависимости от глубины резания в конце копания при условии полной реализации тягового усилия.

Дисперсионный анализ данных выборки.

Таблица 1 –Результаты серии испытаний

Номер опыта	Число С	Номер опыта	Число С	Номер опыта	Число С	Номер опыта	Число С	Номер опыта	Число С

1) Среднее значение числа C в выборке:

2) Стандартное (среднеквадратичное) отклонение выборки:

.

3) Выявление и исключение грубых погрешностей (промахов).

Критерий трёх сигм

При числе наблюдений n >20 используют, как правило, критерий трёх сигм (Критерий Райта). По этому критерию промахом считается результат наблюдения , который отличается от среднего более чем на , т.е.

.

- Грубую погрешность не имеет ни одно измерение.

Критерий Романовского

Конкурирующая гипотеза о наличии грубых погрешностей в подозрительных результатах подтверждается, если выполняется неравенство:

;

где - квантиль распределения Стьюдента при заданной доверительной вероятности с числом степеней свободы ( – число подозрительных результатов наблюдений, принимаем равным 3). Фрагмент квантилей для распределения Стьюдента представлен в таблице 2.

Точечные оценки распределения и S результатов наблюдений вычисляется без учета подозрительных результатов наблюдений.

Таблица 2 - Критерий Стьюдента (квантили Стьюдента)

.

;

;

;

.

Грубую погрешность не имеет ни одно измерение.

Критерий Смирнова

Критерий Смирнова используется при объемах выборки n ≥ 25 или при известных значениях генеральных среднего и СКО. Он устанавливает менее жесткие границы грубой погрешности. Для реализации этого критерия вычисляются действительные значения квантилей распределения (наблюдаемое значение критерия) по формуле:

.

Найденное значение сравнивается с критериальным , приведенным в таблице 3.

Таблица 3 - Квантили распределения .

Объем	Предельное значение при уровне значимости q
выборки n
0,100	0.050	0.010	0.005	0,001
	1,282	1.645	2,326	2,576	3,090
	1,632	1,955	2,575	2,807	3,290
	1,818	2.121	2,712	2,935	3,403
	1,943	2,234	2,806	3,023	3,481
	2,036	2,319	2,877	3,090	3,540
	2,111	2,386	2,934	3,143	3,588
	2,172	2,442	2,981	3,188	3,628
	2,224	2,490	3,022	3,227	3,662
	2,269	2,531	3,057	3,260	3,692
	2,309	2,568	3,089	3,290	3,719
	2,457	2,705	3,207	3,402	3,820
	2,559	2,799	3,289	3,480	3,890
	2,635	2.870	3,351	3,539	3,944
	2,696	2,928	3,402	3,587	3,988
	2,792	3.015	3,480	3,662	4,054
	2,860	3.082	3,541	3,716	4,108
	3,076	3,285	3,723	3,892	4,263
	3,339	3,534	3,946	4,108	4,465
	3,528	3,703	4,108	4,263	4,607

- Грубую погрешность не имеет ни одно измерение.

4) Значения по исправленным данным:

5) Исходим из гипотезы, что выборка является однородной и случайные величины соответствуют нормальному закону распределения случайной величины.

6) Проверка выборки на соответствие нормальному распределению и однородность по 3-м методам:

1. Метод предельного коэффициента вариации заключается в его расчёте по данным выборки и наложении ограничения не превышать 33%;

.

Значение не превышает 33%, следовательно, гипотеза о нормальности распределения выборки подтверждается.

2. Метод среднего абсолютного отклонения определяет условие соответствия выборки нормальному распределению в виде следующего неравенства:

,

где САО – среднее абсолютное отклонение, которое рассчитывается по формуле:

;

;

;

.

Условие выполняется, следовательно, гипотеза о нормальности распределения выборки подтверждается.

3. Метод «двух сигм» предполагает расчёт границ интервала значений показателя при примерно 95%-ной доверительной вероятности:

;

,

где , - верхняя и нижняя границы интервала соответственно.

Ряд исходных данных, выстроенный в порядке возрастания показателя, укладывается в границы полученного интервала, следовательно, выборка однородна и отвечает нормальности распределения.

Таким образом мы обосновали применение рассчитанного показателя в соответствии с нормальным законом распределения.

В итоге будем пользоваться для расчётов полученной величиной .

5. Выполнить инженерный анализ расчетных данных, полученных при помощи ЭВМ, с построением зависимости П=f(l_тр):

lтр, м	П, м^3/ч
	34,3
	28,0
	23,7
	20,5
	18,1
	16,1

Рисунок 4 – График зависимости производительности бульдозера от дальности перемещения

Данная зависимость свидетельствует о том, что с увеличением дальности перемещения грунта производительность бульдозера, т.е. количество разработанного грунта в м³ за единицу времени, интенсивно уменьшается: увеличивается l_тр, следовательно увеличивается продолжительность цикла Т_ц и уменьшается производительность П.

Выводы:

1. В ходе лабораторной работы было изучено устройство бульдозера с гидроприводом.

2. Были закреплены навыки по определению параметров рабочего процесса бульдозера.

3. Были привиты практические навыки определения технологических параметров и производительности бульдозера.

4. Были построены зависимости производительности бульдозера от дальности транспортирования (l_тр) и от удельного сопротивления грунта резанию (K) и произведен инженерный анализ расчетных данных.

Дата добавления: 2015-10-21