Расчетные зависимости

Лабораторная работа №2

Оптимизация параметров рабочего процесса бульдозера

УСЛОВИЯ ЗАДАЧИ

Бульдозер перемещает грунт из насыпи на заданное расстояние, совершая циклические рабочие движения. За каждый рабочий цикл бульдозер перемещает одну порцию грунта (призму волочения) на расстояние рабочего хода.

Требуется подобрать оптимальные параметры рабочего процесса: (длину рабочего хода, мощность двигателя и скорость рабочего хода), при которых вся работа будет выполнена за минимальное время с минимальной затратой топлива.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Табл.1

№	Грунт	Метод ОКО^*	Q, м³	L, м	b, м	h, м	v3, м/с	t2, с	t4, с
	Песок рыхлый	Д				0,8	2,0
	Супесь	МК			3,5	0,9	2,0
	Песок влажный	Ф				1,0	2,5
	Супесь с примесью гальки	ЗС			4,5	1,1	2,5
	Жирная мягкая глина	Д				1,3	3,0
	Тяжелый суглинок	МК			5,5	1,4	3,0
	Тяжелая глина	Ф				0,9	3,5
	Сланцевая глина	ЗС			3,5	1,1	3,5
	Песок рыхлый	Д				1,2	4,0
	Супесь	МК			4,5	1,4	4,0
	Песок влажный	Ф				1,5	4,5
	Супесь с примесью гальки	ЗС			5,5	1,7	4,5
	Жирная мягкая глина	Д				1,2	5,0
	Тяжелый суглинок	МК			3,5	1,4	5,0
	Тяжелая глина	Ф				1,6	5,0
	Сланцевая глина	ЗС			4,5	1,8	5,0
	Песок рыхлый	Д				2,0	2,0
	Супесь	МК			5,5	2,2	2,0
	Песок влажный	Ф				1,4	2,5
	Супесь с примесью гальки	ЗС			3,5	1,6	2,5
	Жирная мягкая глина	Д				1,8	3,0
	Тяжелый суглинок	МК			4,5	2,0	3,0
	Тяжелая глина	Ф				2,3	3,5
	Сланцевая глина	ЗС			5,5	2,5	3,5
	Песок рыхлый	Д				1,1	4,0
	Супесь	МК			3,5	1,2	4,0
	Песок влажный	Ф				1,4	4,5
	Супесь с примесью гальки	ЗС			4,5	1,6	4,5
	Жирная мягкая глина	Д				1,8	5,0
	Тяжелый суглинок	МК			5,5	1,9	5,0

*Метод однокритериальной оптимизации: Д – дихотомии; МК – Монте-Карло; Ф – Фиббоначи; ЗС – золотого сечения.

РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Объем призмы волочения грунта в начале рабочего цикла, м³:

q0=(b*h²)/(2*k1*k2),

где b - ширина отвала бульдозера, м (табл.1);

h - высота отвала бульдозера, м (табл.1);

k1 – коэффициент разрыхления грунта (табл.2);

k2 - коэффициент призмы волочения грунта (табл.3).

Объем призмы волочения грунта в конце рабочего цикла, м³:

q1=q0*0.97^(LR-1),

где LR – длина рабочего хода, м (варьируемый параметр).

Масса бульдозера (кг):

G = k3*N,

где: k3 @ 115 – эмпирический коэффициент пропорциональности;

N = (100+50*i, i=0…8) – мощность двигателя бульдозера, кВт (варьируемый параметр).

Суммарное сопротивление передвижению бульдозера при перемещении грунта, кН:

W = W1+W2,

где W1 = q0*γ*(μ1+ μ2)*g/1000 - сопротивление перемещению грунта, кН;

W2 = G*g*f/1000 - сопротивление перемещению бульдозера, кН;

γ - объемная масса грунта, кг/м³ (табл. 2);

μ1 и μ2 - коэффициенты трения грунта о грунт и грунта о сталь (табл. 2);

g = 9,81 кг* м/с² – ускорение свободного падения;

f - коэффициент сопротивления движению гусеничного движителя (табл.2).

Рабочий цикл работы бульдозера состоит из 4-х операций: 1 - перемещение призмы грунта со скоростью рабочего хода; 2) – маневр в конце рабочего хода; 3) - возвращение бульдозера к месту забора грунта со скоростью холостого хода; 4) - маневр в конце холостого хода.

Максимальная возможная скорость рабочего хода, м/с:

v1 (max) = N*h/W,

где h = 0,9 – к.п.д. трансмиссии бульдозера.

Фактическая скорость рабочего хода, м/с:

v1 = v1 (max)* kN,

где kN = (0,2+0,2*i, i=0…4) – коэффициент использования мощности двигателя (варьируемый параметр);

Длительность рабочего цикла, с:

tc=LR/v1+t2+LR/v3+t4,

где: v3 – скорость холостого хода, м/с (табл.1);

t2 и t4 – время маневра в конце рабочего и холостого ходов соответственно, (с) (табл.1);

Техническая производительность бульдозера, м³/ч:

P=3600*q1/tc