АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БУЛЬДОЗЕРНОГО НАВЕСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО КРИТЕРИЮ ПРОЧНОСТИ

Бульдозерная техника предназначена для строительства и содержания дорог, преодоления завалов, разрушений и прочих подобных работ. Одним из существенных недостатков в конструкциях бульдозерного оборудования является несовершенство его рабочего органа – отвала, не позволяющего выполнять отдельные специфические виды работ. В том числе разработку прочных, выше 2-й категории, грунтов, выполнение земляных работ на краю обрывов и склонов при прокладывании колонных путей в горной местности из-за возможного риска падения машины под откос, а также при разборе непреодолимых завалов на узких участках дорог.

Применяющиеся в настоящее время способы повышения производительности бульдозеров осуществляются преимущественно за счет увеличения мощностных показателей силовой установки базовой машины и внесения изменений в конструкцию ходовой части, преимущественно гусеничной, что приводит к значительному удорожанию машины. Работы по исследованию и созданию универсального навесного рабочего оборудования бульдозеров, способного выполнять более широкий спектр рабочих операций, возникающих при строительстве и содержании дорог, по настоящее время ведутся недостаточно активно [3].

В основе рабочего процесса бульдозера лежит взаимодействие его рабочего органа с грунтовой средой, которое включает несколько процессов: 1) отделение грунта от массива; 2) транспортирование взрыхленного грунта после отделения его от массива.

Бульдозеры по конструкции, рабочим процессам, технологии работы и назначению относятся к землеройным машинам, поэтому к ним применимы основные положения теории и расчета подобной техники.

Устройство большинства существующих землеройных машин основано на принципе резания грунтов. Массовые земляные и открытые горные работы достигли значительных объемов, что обусловило необходимость постоянного и всестороннего изучения процесса резания грунтов.

Исследуемое в данной работе бульдозерное навесное оборудование благодаря своей оригинальной конструкции может быть использовано для ряда специфических отдельных видов земляных работ. В основу его конструкции положено использование косого клина для интенсификации разработки прочных и мерзлых грунтов [2].

Конструкция оборудования представляет собой две поворотные шарнирно-сочлененные половины отвала, между которыми установлен косой клин. Предусмотрено три его основных положения: отвальное, в форме клина и грейдерное положение. Материал – сталь простая углеродистая. Объемная модель объекта исследования в положении клина, построенная в программе Solidworks, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Объемная модель бульдозерного навесного оборудования в положении клина

Согласно алгоритму анализа конструкций в компьютерных программах, базирующихся на методе конечных элементов, программой исследований предусмотрены следующие этапы: построение конечно-элементной модели конструкции, задание граничных условий, приложение внешних нагрузок, генерация сетки конечных элементов, запуск расчетов и анализ полученных результатов [1]. Исходя из этого, строим конечно-элементную модель исследуемого навесного оборудования (рисунок 2).

Рисунок 2. Конечно-элементная модель бульдозерного навесного оборудования

Основные параметры сетки модели: число узлов – 18696, число элементов – 10147, максимальное соотношение сторон – 15,012. Внешние нагрузки передаются от сопротивления грунта резанию и волочению на фронтальную часть оборудования: клин и левый и правый отвалы (рисунок 3). После моделирования указанных загружений конструкции и выполнения вычислений получаем диаграммы напряжений и коэффициента запаса прочности (рисунки 4, 5).

Рисунок 3. Задание граничных условий и внешних нагрузок

Рисунок 4. Диаграмма напряжений

Рисунок 5. Диаграмма коэффициента запаса прочности

Согласно полученным данным, максимальное напряжение в конструкции составляет 119 МПа, а минимальный коэффициент запаса прочности – 1,44 (узел 10336). Таким образом, следует сделать вывод, что геометрические параметры и материал конструкции исследуемого бульдозерного навесного оборудования отвечают критерию прочности и заданы верно.

Список литературы:

1. Дударева Н.Ю., Загайко С.А. Solidworks 2011 на примерах. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011.
2. Нураков С. Совершенствование конструкций бульдозеров с двухотвальными рабочими органами. Теория. Расчет, конструкции. Монография. – Астана: ЕНУ им.Л.Н.Гумилева, 2016. – 120 с.
3. Хмара Л.А., Басий В.В., Деревянчук М.И. Анализ главных направлений совершенствования рабочего оборудования бульдозеров. // Строительные и дорожные машины. – 2005. - №2. – С.5-9.