Сурашов Нургали Толымбекович – д-р техн. наук, проф. кафедры «Организация движения, управление на транспорте и логистика»г. Алматы
Nurgali T. Surashov – Dr. of Sci., Professor, Traffic and Transport Management and Logistics Department Almaty
Асматулаев Руслан Борисович – канд. техн. наук, акад., директорг. Алматы
Ruslan B. Asmatulaev – Cand. of Sci., Director Almaty
Толымбек Дамир Нургаливич – канд. техн. наук, доц., директорг. Нур-Султан
Damir N. Tolymbek – Cand. of Sci., Associate Professor Nur-Sultan
Введение. В Казахстане в настоящее время осуществляется большой объем земляных работ, что приводит к увеличению востребованности землеройно-транспортных машин (ЗТМ), в частности бульдозеров разных типов. В различных отраслях промышленности и объектах строительства эксплуатируется и постоянно обновляется парк ЗТМ зарубежного производства, в том числе стран СНГ (Россия, Белоруссия, Украина и т.д.) в разных типоразмерах. Так, на строительных объектах, в том числе на строительстве автомобильных и железных дорог, широко эксплуатируются бульдозеры производства фирм: корпорация Caterpillar типа Cat (США), компания Liebheer (Германия), компания Xuanhua Construction machinery Co, Ltd (HBXG), ZoomLion и Shehwa (КНР); бульдозеры «ЧТЗ-УралТРАК» (Россия).
Строительство автомобильных и железных дорог протяженностью несколько тысяч километров невозможно представить без участия универсального бульдозера. Одним из основных узлов бульдозера является рабочий орган.
Производительность и энергоемкость бульдозера во многом зависят от того, какого типа форма отвала на нем установлена. Емкость (максимальный объем призмы волочения грунта) – одна из основных характеристик, определяющая высоту и ширину отвала, причем большинство производителей предлагают надставки (козырьки), позволяющие увеличить высоту отвала.
Увеличение высоты отвала позволяет перемещать больше материала и уменьшает пересыпания через верхнюю часть отвала. С другой стороны, увеличение объема призмы волочения по ширине отвала устанавливают боковые щеки, которые придают отвалу форму ковша (трапециевидная). Они не дают перемещающемуся грунту высыпаться по бокам отвала (боковые валики), тем самым увеличивается объем данного материала. Однако чрезмерное увеличение емкости отвала потребует при работе дополнительных затрат мощности базового трактора, который вызывает увеличение нагрузки на узлы машины и ускоряет интенсивность их износа, особенно когда бульдозер перемещается вверх по уклону. Объем перемещаемого отвалом материала за один проход зависит от возможности изменения угла отвала относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей. В современных конструкциях отвалов положение угла наклона регулируется четырьмя или шестью положениями, в зависимости от категорий разрабатываемого грунта.
Целью исследования является оптимизация геометрических параметров и установление трапециевидной формы отвала с учетом взаимодействия его лобовой поверхности с сформированным объемом максимальной призмы волочения грунта в статическом процессе работы бульдозера.
Материалы и методы. В качестве материалов применялись разрабатываемый грунт и отвал бульдозера, исследовался статический процесс их взаимодействия при максимальном формировании призмы волочении грунта перед отвалом с использованием методов исследования графоаналитическим и математическим способом вычисления.
Результаты. Графоаналитическим и математическим вычислением оптимизирован процесс взаимодействия отвала с грунтом, определены максимальные (предельно-допустимые) параметры отвала с учетом тягового усилия трактора и категории разрабатываемого грунта.
Обсуждение и заключение. До настоящего времени геометрические формы перспективных конструкций отвала бульдозера устанавливали в основном опытно-экспериментальным путем, без учета контакта площади отвала с грунтом. Не разработаны методики определения рациональной формы отвала, тем более теоретически обоснованные оптимальные параметры рабочего органа, с учетом касания площади продольного сечения грунта с лобовой поверхности отвала. Не разрабатывались методики определения оптимальных (адаптированных) форм и геометрических параметров рабочего органа, с учетом контакта лобовой поверхности отвала с максимальным объемом призмы волочения. Нами предложены методики расчета оптимальных параметров перспективной конструкции отвала, адаптированного разрабатываемому грунту:
– определены рациональные геометрические формы как в лобовом, так и в поперечном сечении отвала;
– представлены математические формулы для определения оптимальных параметров новой конструкции отвала, а именно: высота отвала и козырька; ширина отвала, козырька и дополнительного ножа-уширителя;
– определены: периметр отвала, ширина и высота бокового валика при формировании максимальной призмы волочения грунта перед отвалом.
Introduction. In Kazakhstan in present time there is a large number of earthmoving works, which leads to an increase in the demand for earthmoving-transport machines (ETM), in particular bulldozers of different types. In various industries and construction projects, the fleet of foreign-made ETM is operated and constantly updated, including the CIS countries (Russia, Belarus, Ukraine, etc.) in various type-sizes. So at construction sites, including the construction of roads and railways, bulldozers are widely used: Caterpillar Corporation such as Cat (USA), Liebheer (Germany), Xuanhua Construction machinery Co, Ltd (HBXG) and ZoomLion and Shehwa (China); bulldozers ChTZ-UralTRAK (Russia), etc.
The construction of roads and railways with a length of several thousand kilometers is impossible to imagine without the participation of a universal bulldozer. One of the most important components of the bulldozer is the working organ (WO) of the bulldozer.
The performance of the bulldozer largely depends on what type of blade is installed on it. Capacity (maximum prism of drawing the soil) is one of the main characteristics determined by the height and width of the blade, and most manufacturers offer add-ons (visor) that makes it possible to increase the height of the blade. Increasing the blade height allows more material to be moved and reduces spillage through the top of the blade. On the other hand, increasing the volume of the drawing prism along the width of the blade is offered by the side cheeks, giving the blade the shape of a bucket. They do not allow the moving soil to fall out on the sides of the blade (side rollers), thereby increasing the volume of material being moved. However, an excessive increase in blade capacity will require additional power costs of the bulldozer during operation, which will cause an increase in loads on the machine components and accelerate the intensity of their wear, especially when the bulldozer moves up the slope.
The volume of material moved by the blade in one pass depends, in addition, on the possibility of changing the angle of the blade relative to the vertical and horizontal plane. In modern blade designs, the positions of the angle of inclination are regulated by 4 or 6 positions, depending on the category of soil being developed. The purpose of this study is to optimize the geometric parameters and establish the trapezoidal shape of the blade, taking into account the interaction of its frontal surface with the formed maximum prism of drawing the soil.
Materials and methods. As materials, the developed soil and the bulldozer blade were used, the process of their interaction was investigated with the maximum formation of the prism of drawing the soil before the dump, using the graphic-analytical method of research.
Results. The process of interaction of the blade with the soil has been optimized by graphic-analytical means, the maximum (maximum permissible) parameters of the blade have been determined, taking into account the traction factor of the bulldozer and the category of the soil being developed.
Discussion and conclusion. Until now, the geometric shapes of promising designs of the bulldozer blade were installed mainly by experimental means, without taking into account the contact of the blade area with the ground. Methods for determining the rational shape of the blade have not been developed, especially the theoretically grounded optimal parameters of the WO, taking into account the touch of the longitudinal section of the soil from the frontal surface of the blade. Methods for determining the optimal (adapted) shapes and geometric parameters of the WO were not developed, taking into account the contact of the frontal surface of the blade with the maximum drawing prism. Methods for calculating the optimal parameters of the perspective blade design adapted to the developed soil are proposed:
– rational geometric shapes of both the frontal and cross-section of the blade are determined;
– mathematical formulas for determining the optimal parameters of the new blade design are presented, namely:
the height of the blade and the visor; width of the blade, visor and additional knife-extender;
– defined: the perimeter of the blade, the width and height of the side roller, when forming the maximum prism of drawing the soil in front of the blade.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.