CC BY
45
УДК 621.878.23.001.4
ИССЛЕДОВАНИЕ НАКОПИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ОТВАЛА БУЛЬДОЗЕРА С БОКОВЫМИ ОГРАНИЧИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Л.А. Хмара, профессор, д.т.н., В.В. Басий, аспирант, М.И. Деревянчук, ст. преподаватель, А.А. Максюк, студент,
ПГАСА
Аннотация. Приведены результаты экспериментальных исследований по определению влияния геометрических параметров боковых ограничивающих элементов на величину призмы грунта, накапливаемого перед неполноповоротным отвалом бульдозера. Сформулированы практические рекомендации по выбору основных параметров ограничивающих элементов.
Ключевые слова: боковые ограничивающие элементы, физическое моделирование, призма волочения.
Введение
Простота конструкции и универсальность бульдозерных агрегатов обусловливают постоянное внимание к повышению их эффективности. Одним из наиболее перспективных направлений повышения технико-экономических показателей бульдозеров является совершенствование конструкции рабочего оборудования.
Анализ публикаций
Анализ научно-технической и патентной информации [1, 2, 3] показал, что в последние годы определилась устойчивая тенденция совершенствования бульдозерных агрегатов за счет оснащения их отвалов различными устройствами.
Наибольший интерес среди них представляют навесные приспособления и механизмы, предназначенные для повышения производительности и расширения технологических возможностей бульдозеров. К ним следует отнести съемные открылки, уширители [1] и диски [2], которые позволяют увеличивать накопительную способность неповоротных отвалов, а также приводные захваты (челюсти) используемые для расширения технологических возможностей бульдозерных агрегатов [1].
Однако, несмотря на очевидные преимущества таких технических решений, широкое применение их в практике производства сдерживается отсутствием исследований и практических рекомендаций по определению рациональных конструктивных параметров и режимов работы.
Цель и постановка задачи
Целью данной работы является экспериментальная оценка влияния формы и геометрически параметров боковых ограничивающих элементов, устанавливаемых подвижно или неподвижно по обе стороны неповоротных отвалов. Для достижения поставленной цели были реализованы следующие задачи: 1 - выбран метод исследования; 2 - разработана методика экспериментальных исследований; 3 - разработано и изготовлено необходимое оборудование; 4 - проведены экспериментальные исследования зависимости массы призмы от геометрических параметров ограничивающих элементов и режимов копания грунта.
Методика проведения и результаты
экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования накопительной способности неповоротного отвала осуществлялись в лабораторных условиях кафедры строительных и дорожных машин ПГАСА методами физического моделирования [4]. Объектом исследования была принята физическая модель рабочего оборудования бульдозера ДЗ - 171.1., выполненная в масштабе К = 10 и оснащенная комплектом боковых ограничивающих элементов. Исследования проводились на стенде для физического моделирования рабочих процессов ЗТМ с использованием методики математического планирования эксперимента. В качестве разрабатываемой среды были приняты грунты II - III категории, которые моделировались легкой супесью. Необходимые физико-механические характери-
стики моделируемой среды достигались ее увлажнением и уплотнением.
Критерием оценки накопительной способности отвала была принята масса накапливаемой призмы волочения тп, а влияющими факторами -толщина вырезаемой стружки к, вылет верхней кромки ограничивающего элемента 10, угол наклона к горизонту передней кромки ограничивающего элемента ф и плотность моделируемой среды, измеряемой числом ударов модели ударника ДорНИИ, С. Уровни варьирования перечисленных факторов приведены в табл.1.
Таблица 1 Уровни факторов и интервалы варьирования
№ Факторы Размерность Уровни факторов Интервал варьи рования
п/п -2 -1 0 +1 +2
1 Х - глубина копания, к мм 5 10 15 20 25 5
2. Х2 - количество ударов ударника, С шт. 3 15 7 9 11 2
3. Х3 - длина верхней кромки боковых ограничивающих элементов, 10 мм 0 14 28 42 56 17
4. Х4 - угол наклона передней кромки ограничивающих элементов, ф град. 30 40 50 60 70 10
Значения факторов задавались настройкой режима работы стендового оборудования, а также соответствующей обработкой моделируемой среды. Регистрация критерия оценки (функции отклика) осуществлялась путем тщательного взвешивания призмы волочения. Качественная сторона наблюдаемых явлений контролировалась визуально и с помощью фотографирования.
Для проведения экспериментальных исследований использовался четырехфакторный ротата-бельный композиционный план [5], рабочая матрица которого показана в виде табл. 2.
Обработка полученных данных с помощью типовой программы для ЭВМ Statgraphics Plus for Windows позволила получить регрессионную зависимость тп = f (Х1, Х 2, Х3, Х 4), которая имеет вид
тп = 8797,57 + 419,0 • Х1 + 303,75 • Х2 +
+ 240,083 х Х3 - 420,333 • Х4 -73,3095 • Х12 +
+ 30,0• Х1 • Х2 -145,0• Х1 • Х3 +
+ 53,5• Х1 • Х4 + 91,0655• Х22 + 99,75хХ2 • Х3 -
-51,25• Х2 • Х4 + 48,3155• Х32 + +101,75хХ3 • Х4 +113,94• Х42.
Таблица 2 Рабочая матрица четырехфакторного ротатабельного центрального композиционного плана
№ п/п № реали- зации Варьируемые факторы в натуральных величинах Поверхность отклика
h, мм С, уд. /о, мм Ф,град mi, г.
1 25 20 9 42 60 9890
2 26 10 9 42 60 9195
3 23 20 5 42 60 8765
4 24 10 5 42 60 8237
5 30 20 9 14 60 9268
6 29 10 9 14 60 7605
7 28 20 5 14 60 8693
8 27 10 5 14 60 7538
9 5 20 9 42 40 10610
10 4 10 9 42 40 9830
11 3 20 5 42 40 9520
12 2 10 5 42 40 9070
13 6 20 9 14 40 10200
14 9 10 9 14 40 9485
15 8 20 5 14 40 9615
16 7 10 5 14 40 8375
17 20 5 7 28 50 7515
18 19 25 7 28 50 8930
19 11 15 3 28 50 8625
20 10 15 11 28 50 9135
21 22 15 7 0 50 8353
22 21 15 7 56 50 9065
23 1 15 7 28 30 9615
24 31 15 7 28 70 8328
25 12 15 7 28 50 8995
26 13 15 7 28 50 9053
27 14 15 7 28 50 8812
28 15 15 7 28 50 8460
29 16 15 7 28 50 8810
30 17 15 7 28 50 8835
31 18 15 7 28 50 8618
Графическая интерпретация полученных результатов представлена на рис. 2 в виде поверхностей отклика функции тп при поименованных значениях учтенных факторов. Анализ результатов показал, что оснащение неповоротного отвала бо-
Рис. 1. Параметрическая модель
Призма,
12000'
9000'
6000:
С ,удар. 11
15 25 Ь, мм
Призма, г 100001
10, мм 56
Ф, град. 70
1 20
25 Ь, мм
Рис.2. Поверхности отклика призмы волочения
тп = /^ С , ф)
ковыми ограничивающими элементами позволяет существенно увеличить его накопительную способность. Из рис. 2 а, б и в следует, что масса накапливаемой призмы зависит не только от режима копания и физико-механических свойств грунта, но и от геометрических параметров боковых ограничивающих элементов.
В частности, установлено, что наибольшее влияние на массу накапливаемого перед отвалом грунта оказывает угол наклона передних кромок Ф, определяющий длину нижних кромок ограничивающих элементов. Вторым по значимости фактором, влияющим на величину массы призмы волочения, является длина верхней кромки 10. Учитывая требования по минимизации продольных параметров рабочего органа бульдозера, без существенного снижения его накопительной способности можно рекомендовать длину верхней кромки ограничивающих элементов в пределах 10 = 0,14 - 0,42 м, а угол наклона передней кромки ф = 400 - 50°.
Экспериментально установлено, что на величину призмы накапливаемого перед отвалом грунта существенное влияние также оказывает высота ограничивающих элементов, обусловливающая зазор между нижней кромкой и дневной поверхностью забоя. Его минимизация, как следует из рис. 2, позволит существенно снизить потери грунта в боковые валики.
Выводы
1. При оснащении неповоротных отвалов боковыми ограничивающими элементами наиболее значимыми факторами, влияющими на массу накапливаемого грунта, являются их геометрические параметры: длина верхней кромки 10 и угол наклона передней кромки Ф.
2. Разрабатывая конструкцию боковых захватов или щитков для обеспечения работоспособности агрегата, величину призмы волочения необходимо ограничивать максимальным тяговым усилием базового трактора. Значение геометрических характеристик при этом может быть рекомендовано в пределах 10 = 0,14 - 0,42 м, ф = 400 - 500
3. Выбор высоты ограничивающих элементов, Ноэ необходимо осуществлять с учетом максимального значения главного технологического параметра - глубины копания ктах. По экспериментальным данным следует рекомендовать назначение этого параметра по зависимости: Ноэ=Н0 - ктвх - 0,05, где Н0 - высота отвала.
Литература
1. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация
земляных работ в дорожном строительстве -
М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
2. Недорезов И.А., Аскарходжаев Т.И., Мирсады-
ков М.А., Котов В.В. Модернизация бульдо-
а
зера ДЗ - 110А. Строительные и дорожные машины. - 1994. - №2. - С. 4-5.
3. Недорезов И.А., Абдуразаков Л.А., Шуку-
ров Н.Р. повышение эффективности бульдозерного оборудования // Строительные и дорожные машины. - 1993. - №10.- С. 18-19.
4. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаи-
модействия со средой рабочих органов до-
рожно-строительных машин. - М.: Высшая школа, 1981. - 336 с.
5. В.Б. Тихомиров. Планирование и анализ эксперимента. - М.: Легкая индустрия, 1974. -263 с.
Рецензент: В.В. Ничке, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 16 февраля 2005 г.
