Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Октябрь 2014

Цепные траншейные экскаваторы выпускаются на базе колесных тракторов с конструктивной доработкой их трансмиссии и на базе шас­си гусеничных тракторов.

Экскаваторы на базе колесных тракторов (МТЗ-82) используют на минеральных грунтах I—III категории для рытья траншей под укладку кабелей различного назначения и трубопроводов небольшого диаметра. Он оборудован (рис. 7.28) скребковым рабочим органом для рытья тран­шей и бульдозерным отвалом для планировочных работ небольшого объема и засыпки траншей.

Рис. 7.28. Общий вид многоковшового экскаватора на базе колес­ного трактора: 1 — механизм подъема и опускания рабочего органа; 2 — приводной вал; 3 — дополнительная рама рабочих органов; 4 — рабочий орган; 5 — зачистной башмак; 6 — рабочая цепь; 7 — шнек; 8 — редуктор привода рабочего органа; 9 — ходоу- меньшитель; 10 — трактор; 11- бульдозерный отвал.

Эти экскаваторы мобильны и маневренны, что дает возможность использовать их в городских условиях, а также на небольших строитель­ных объектах, где требуются частые переброски машины.

Рабочий орган включает раму, на противоположных концах которой установлены две звездочки, верхняя из них выполняется приводной. Звез­
дочки огибаются рабочей цепью, поддерживаемой опорными роликами. На цепи установлены режущие зубья или скребки, разрабатывающие и перемещающие грунт вверх, где он подхватывается шнеком и перемеща­ется в поперечном движению машины направлению. Привод рабочего органа — механический или гидравлический. Зачистку траншеи и прида­ние ей определенного профиля осуществляет зачисткой башмак. Подъем рабочего оборудования в транспортное положение обеспечивается при помощи гидроцилиндров.

Экскаваторы на гусеничном ходу устанавливают на базе гусенич­ного трелевочного трактора ТТ-4 или промышленного трактора Т-170. Эти экскаваторы предназначены для рытья траншей под укладку водо­проводных и канализационных труб, кабеля и других коммуникаций. Эти экскаваторы могут работать на грунтах I—III категории с каменистыми включениями размером до 200 мм.

Рис. 7.29. Траншейный цепной экскаватор с транспортерной разгруз­кой: 1 — трактор; 2 — органы управления; 3 — гидропривод; 4 — распре­делительная коробка; 5 — механизм подъема и опускания рабочего органа; 6 — конвейер; 7 — поток; 8 — рабочий орган; 9 — скребок.

ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Рабочий орган таких экскаваторов (рис. 7.29) представляет собой раму со звездочками и поддерживающими роликами и цепью, на которой установлены ковши вырезающие грунт и транспортирующие его вверх, где он при опрокидывании ковша разгружается и попадает на транспор­тер, который ссыпает его вдоль траншеи. Подъем рабочего органа осуще­ствляется при помощи гидроцилиндров. В передней части экскаватора для улучшения устойчивости может устанавливаться противовес.

Экскаваторы, непрерывно работающие и одновременно транспорти­рующие грунт в отвал или транспортные средства, называют экскавато­рами непрерывного действия.

Для обеспечения непрерывной работы машины рабочий орган дол­жен непрерывно перемещаться. Характер этого перемещения в сочета­нии с типом рабочего органа является основным признаком, по которо­му классифицируют экскаваторы непрерывного действия. У экскавато­ров продольного копания плоскости перемещения рабочего органа и движения ковшей или скребков совпадают; поперечного копания — плос­кость движения ковшей перпендикулярна плоскости движения рабочего органа; радиального копания — ковши движутся в вертикальной плоско­сти, а сам рабочий орган совершает поворотное движение относительно вертикальной оси.

Экскаваторы непрерывного действия классифицируют также по следующим основным признакам:

— типу привода — с механическим, гидравлическим, электричес­ким и комбинированным приводам;

— типу ходового устройства — на гусеничном и пневмоколес — ном ходах;

— способу соединения рабочего оборудования с тягачом —

навесные (рабочий орган задней дополнительной опоры не имеет), полу — прицепные (рабочий орган спереди опирается на тягач, а сзади — на до­полнительную пневмоколесную тележку) и прицепные;

— типу рабочего органа — цепной и роторный.

Экскаваторам продольного копания присваивается индекс ЭТР (эк­скаватор траншейный роторный) или ЭТЦ (экскаватор траншейный цеп­ной); экскаваторы поперечного копания имеют индекс ЭМ, роторные стреловые экскаваторы — ЭР. После буквенного индекса следует цифро­вое обозначение, которое содержит следующую информацию:

— для экскаваторов продольного копания (ЭТР и ЭТЦ) — первые две цифры — глубина копания (в дм), третья — порядковый номер модели;

— для экскаваторов роторных стреловых первые три цифры — вме­стимость ковша (в л), а четвертая — порядковый номер модели;

— для экскаваторов поперечного копания — первые две цифры — вместимость ковша (в л), третья — порядковый номер модели.

При модернизации после цифрового обозначения добавляют буквы по порядку русского алфавита. Например, индекс ЭТР-206А обозначает: экскаватор траншейный роторный, глубина копания в дециметрах — 20, шестая модель — 6, первая модификация — А.

Гидравлический привод позволяет преобразовать крутящий момент, передаваемый от приводного двигателя к рабочему и ходовому оборудо­ванию экскаватора, с помощью рабочей жидкости, без громоздких меха­нических передач. Благодаря более совершенной кинематике рабочего оборудования, малой скорости, большому усилию, реализуемому гидроци­линдром, и при одинаковом с механическим экскаватором шасси гид­равлические экскаваторы имеют большую вместимость ковша, значи­тельно расширенные и улучшенные технологические возможности. Нор­мализация и унификация элементов гидропривода позволяют значительно уменьшить номенклатуру запасных частей для парка эксплуатируемых машин, что, в свою очередь, приводит к сокращению времени, необходи­мого на техническое обслуживание, улучшению условий труда и повы­шения его производительности. Использование гидропривода позволяет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие, развивае­мые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это резко расширило область их применения.

Конструктивно-кинематическая схема рабочего оборудования гид­равлического экскаватора обеспечивает жесткую передачу усилия при любом движении ковша, что обеспечивает точность движения рабочего органа и возможность изменения скорости движения рабочего органа, недостижимых при канатных системах. Ввиду того, что рабочие цилинд­ры должны перемещаться вместе с рабочими органами, подводка трубо­проводов к цилиндрам в основном осуществляется гибкими шлангами. Сложное силовое управление механическими передачами при этом за­менялось легким управлением золотниками, изменяющими направление движения жидкости, подаваемой насосом высокого давления в рабочие цилиндры. Механические передачи, насчитывающие в экскаваторах ты­сячи деталей, заменяются несколькими десятками элементов. Отсюда следует, что главной особенностью гидравлического экскаватора являет­ся малое количество элементов трансмиссии и механизма привода рабо­чего оборудования.

Рис. 7.17. Схемы экскаваторов с различными видами рабочего оборудо­вания: а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — драглайн; г — кран; д — грейфер; е — погрузчик; ж —копер; з — боковой драглайн; и — планировщик; к — гидромолот; л — корчеватель; м — дизель-молот; н — захватно-лицевое оборудование с рыхлителем; о — рыхлитель.

Устройство экскаваторов. Гидравлические экскаваторы могут работать с различным рабочим оборудованием: прямой лопатой, погру­зочным оборудованием, обратной лопатой, грейфером. На рис. 7.17 при­ведены схемы экскаваторов с различным оборудованием. Экскаватор состоит из поворотной платформы, противовеса, кабины, стрелы, гидроци­линдров подъема и опускания стрелы, опорно-поворотной платформы и ходового устройства. На опорно-поворотной платформе экскаватора мон­

тируется двигатель внутреннего сгорания, гидростанция, кабина с выне­сенными в нее рукоятками и педалями управления. Спереди кабины шарнирно крепится рабочее оборудование. Для обеспечения устойчиво­сти устанавливается противовес. Поворот платформы осуществляется при помощи гидродвигателя. К поворотной платформе крепится подвиж­ная часть центрального масляного коллектора, через который рабочая жидкость попадает к гидромоторам ходового устройства.

На колесных экскаваторах устанавливают аутригеры, обеспечиваю­щие разгрузку ходового устройства при выполнении рабочих операций, улучшение устойчивости машины.

Экскаваторы с гидравлическим приводом могут разрабатывать грун­ты I—IV категорий, а иногда и выше. Погрузочная лопата может разраба­тывать грунт путем срезания ступенчатой стружки, копанием на месте путем поворота ковша выше уровня стояния, производить копание ниже уровня стояния, планировку площадки.

Обратная лопата, как и погрузочная, может копать грунт за счет движения ковша по любой траектории путем поворота ковша, рукояти, стрелы или совмещая эти движения. Обратной лопатой возможно про­изводить разработку грунта как выше уровня стояния, так и ниже.

Работа выше уровня стояния позволяет повысить разрушающую способность лопаты вследствие возможности увеличения силы копания как за счет массы рабочего оборудования, так и за счет массы скалыва­емого грунта.

Работа обратной лопатой ниже уровня стояния начинается рытьем траншеи или котлована с постепенным его углублением, а затем работают наклонными стружками, реже проходят вертикальными стружками сразу на всю глубину.

Разгрузку ковша обратной лопаты выполняют обычно поворотом ков­ша: лобовая стенка при этом наклоняется на 50-55’ к горизонту. В липких грунтах приходится встряхивать ковш для полной разгрузки или применять более сложный ковш с принудительной разгрузкой.

Основные конструкции ковшей обратных лопат показаны на рис. 7.18. Как правило, в отличие от более прямоугольных прямых лопат все ковши обратной лопаты имеют полукруглую форму. Это объясняется тем, что они двигаются по более пологим траекториям, и стружка, перемещаясь по такому ковшу, имеет меньшее сопротивление перемещению. При копа­нии прямой лопатой в конце процесса наполнения траектория движения ковша более крутая и грунт осыпается в ковш под действием веса.

Достаточно широко используют грейферное и захватное оборудова­ние. Для мягких материалов применяют захваты без зубьев, а для более прочных использоваться с зубьями, для камней и штучных твердых гру­зов многолопастные, для выполнения с/х работ — вилочные. Используют грейферы и при копании колодцев, наращивая при этом рабочий орган.

На гидравлических экскаваторах может устанавливаться крановое оборудование (зачастую к задней стенке ковша крепят крюк), гидравли­ческие и пневматические молоты для разрушения камней, дорожной одеж­
ды, скалы, сверла для бетона и скалы, рыхлящие зубья, трамбовки, оборудо­вание для свайных работ, валки леса, срезки деревьев, уборки дворов, стриж­ки кустарника, сколки льда и др.

Рис. 7.18. Конструкции ковшей обратной лопаты: а — обратной лопаты; б — обратной лопаты для траншейных работ; в — погру­зочные; г — планировочные; д — трапецеидальные для канав.

Определение производительности экскаваторов. В отечествен­ной литературе принято различать три вида производительности: теоре­тическую, техническую и эксплуатационную. Ряд зарубежных авторов еще вводят понятие базовой производительности. Теоретическая произ­водительность — это конструктивно-расчетная производительность ма­шины. Расчетным путем ее определить сложно.

Под базовой производительностью понимают производительность сравнительно новой машины (определенную экспериментальным путем), срок эксплуатации которой не превышает 2500 машино-часов, замерен­ную в следующих условиях: угол поворота рабочего оборудования для разгрузки 90’, разгрузка производится в отвал, высота или глубина копа­ния является оптимальной, нет пространственных ограничений на строи­тельной площадке, стрела установлена в среднее положение, квалифика­ция оператора хорошая, хорошее состояние режущей кромки и зубьев, работа идет беспрерывно в течение одного часа.

Техническая производительность отличается от базовой тем, что учитывает технические факторы, влияющие на повышение или пониже­ние производительности.

Эксплуатационная производительность, часовая, сменная, месячная или годовая, отличается от технической влиянием квалификации опера­тора и использованием рабочего времени.

(7.39) — теоретически

Теоретическая производительность одноковшовых экскаваторов определяется по формуле:

П=Уг-п

где V’ — геометрическая вместимость ковша в м3; п возможное число циклов в час.

3600

n~~Y~ (7-4°)

ч

где — продолжительность одного цикла в секундах.

Базовая производительность, определенная для экскаваторов, обору­дованных прямой и обратной лопатой, приведена на рисунках 7.17-7.20.

Для экскаваторов, оборудованных другим типом рабочего оборудова­ния, базовая производительность может определяться по формуле:

Пв,=Пб-К11а„ (7.41)

где К — поправочный коэффициент.

Техническая производительность определяется по формуле:

Пяа=Пб-‘£/, м3/ч (7.42)

где /з ‘Л ‘fs’fe ‘ f~ коэффициент, учитывающий глубину или

высоту копания; / — коэффициент, учитывающий угол поворота рабочего

оборудования при разгрузке; f— коэффициент, учитывающий условия разгрузки; / — коэффициент, учитывающий состояние режущей кромки

и зубьев ковша; /5~ коэффициент, учитывающий установку стрелы; / — коэффициент, учитывающий тип транспортного средства.

Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

П^П^-k.-fi, (7.43)

где kH — коэффициент использования машины по времени; / — коэффи­циент, учитывающий квалификацию оператора.

При определении базовой производительности экспериментально определяют производительность машины при фиксированных условиях.

Значение базовой производительности для гидравлических и канат­но-блочных экскаваторов с рабочим оборудованием (обратная лопата, прямая лопата и погрузочный ковш) представлено на рисунках 7.19-7.22.

Классификация грунтов по трудности их разработки

Классификация грунтов по трудности их разработки применительно к эскаваторам представлена в таблице 7.11.

№ класса	Характеристики грунта
1	2
1	Верхний слой, в который наряду с песчаными, супесчаными, суг­линистыми и глинистыми частицами входят и органические мате­риалы.
2	Плывуны. Грунты, которые легко переходят от текучего до твер­дого состояния с изменением количества влаги
3	Несвязные и малосвязные материалы (песок, гравий, супесь, пес­чано-гравийные смеси) с весовой примесью до 15% и глинистых частиц (величина частиц менее, чем 0,006 мм 0 и с более, чем 30% содержанием каменистых включений размеров от 63 мм до 300 мм. Органические виды грунтов с малым содержанием воды (на­пример, прочный торф).
4	Грунты средней трудности разработки. Смесь из песка, гравия, пылеватых частиц и глины с содержанием частиц менее 0,006 мм более, чем 15%. Связные грунты от слабо до средне-пластинчатых, которые при изменении влажности меняют свойства от слабых до прочных, и с повышенным содержанием каменистых включений (более 30%) размером от 63 мм до 300 мм.

Таблица 7.11

1	2
5	Тяжело разрабатываемые виды грунтов. Виды грунтов класса 3 и 4, которые содержат более30% по весовому содержанию каменистых включений размером от 0,01 м3 до 0,1 м3 (диаметром от 30 до 60 см).
6	Легкие скальные породы. Слабо связанные трещиновые скальные породы, имеющие слоистую структуру. Прочные связные сухие грунты. Несвязные и связные виды грунтов, которые более, чем 30% веса включают скальную породу размером от 0,01 м3 до 0,1 м3.
7	Тяжело разрабатываемая скала. Виды скальных пород, которые имеют высокую структурную прочность и малую трещиноватость: выветренный сланец, отвалы шлака, навал полезного ископаемого, разрыхленные кусковые скальные материалы.

Таблица 7.12.

Плотность и коэффициент разрыхления для основных видов грунтов

	Вид грунта	Плотность грунта, кг/м3	Коэффи­	Коэффициент
		в естест­	в разрых­	циент	наполнения
		венном	ленном	разрыхле­	ковша
		залетании	состоянии	ния	экскаватора
1	Песок сухой	1920	1710	1,12	1,12
2	Песок влажный	2280	2030	1,12	1,12
3	Гравий (6-50 мм) сухой	1180	1680	1,12	1,12
4	Гравий (6-50мм) влажный	2130	1900	1,12	1,12
5	Суглинок и гравий сухие	1890	1350	1,40	1,3
6	Суглинок и гравий влажные	2240	1600	1,40	1,3
7	Суглинок в есте­ственном залета — нии	1750	1250	1,40	1,3
8	Глина сухая	1560	1250	1,25	1,25
9	Глина влажная	2000	1600	1,25	1,25
10	Щебенка мелкая	2460	1600	1,54	1,3
11	Щебенка крупная	2670	1600	1,67	1,3
12	Скала порода	2970	1800	1,65	1,35

Рис. 7.20. Базовая производи­тельность гидравлических эк­скаваторов с рабочим обору­дованием обратной лопатой.

V — Рис. 7.19. Базовая производи­тельность гидравлических эк­скаваторов с рабочим оборудо­ванием — прямой лопатой.

Для определения базовой производительности экскаваторов с дру­гим типом рабочего оборудования, используют формулы:

— для обратной лопаты

Пк =0,9П (7.44)

0.0 Л

для драглайна

ПЛЛ~ 0,8П (7.45)

для грейфера

ЯЛ =0,65П . (7.46)

о. г. о

Проведено значительное число исследований по выбору оптималь­ной высоты и глубины копания экскаваторов. Основным критерием являлось минимальное время набора грунта в ковш. Исследования про­водились на различных грунтах на экскаваторах с вместимостью ковша от 0,5 до 3 м3. Для экскаваторов с канатно-блочной системой управле­ния, оборудованных прямой лопатой, оптимальное значение высоты ко­пания приведено на рисунке 7.21. Значение коэффициента /;, учитываю­щего отклонение от оптимальной высоты, приведено на рисунке 7.22. Ковш гидравлического экскаватора может поворачиваться не только отно­
сительно стрелы, но и рукояти, и за счет этого он имеет высокую подвиж­ность. Наиболее благоприятная глубина копания при работе с обратной лопатой для гидравлических экскаваторов определяется из формулы:

К, т =(1,0-2,0)-F[>], (7.47)

где V ~ геометрическая вместимость ковша в м3.

Рис. 7.22. Базовая производитель­ность канатно-блочных экскава­торов, оборудованных прямой ло­патой; 8* — для плохо взорван­ной породы.

Рис. 7.21. Базовая производи­тельность гидравлических экска­ваторов с погрузочным ковшом.

Значение коэффициента / для гидравлических экскаваторов с ковшом вместимостью до 1 м3 приведено на рисунке 7.23. Для экскава­торов с обратной лопатой и ковшом вместимостью от 1,0 м3 и выше значение коэффициента / приведено в таблице 7.13.

Таблица 7.13. Значение коэффициента /( для экскаваторов с ковшом вместимостью 1 м3 и выше ^опт^пр 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 fl 1,00 0,97 0,93 0,89 0,82

Обычно в технической характеристике машины указывается мак­симальная частота вращения поворотной части экскаватора, которая рав­на 6…9 мин[1]. Это значение на практике обычно не реализуется. Соотно­шение между максимальной частотой вращения птах и средней частотой вращения п (по данным хронометража времени цикла гидравлических экскаваторов) при малых углах поворота находится в пределах от 2,8 до

1,7, при больших углах поворота это значение уменьшается до 1,4-1,75 соответственно, (таблица 7.14.).

Время поворота в зависимости от угла поворота с помощью дан­ных, можно определить по формуле:

t =————— [мин] (7 48)

360 — птгх nq, 1

где а ~ угол поворота рабочего оборудования экскаватора в град.

Максимальная частота вращения принимается из технической ха­

рактеристики машины, а соотношение из таблицы 7.14.

С[,

Таблица 7.14 Соотношение между максимальной птах и минимальной птіп частотой вращения поворотного механизма гидравлических экскаваторов в зависимости от угла поворота Класс экскаватора Поворот с загруженным или порожним ковшом У гол поворота в град. 45 60 90 120 150 180 с массой с загружен. 3,7 3,2 2,6 2,3 2,0 1,8 до 15 т с порожним 3,1 2,60 2,05 1,7 1,5 1,3 с массой с загружен. 3,5 2,95 2,15 1,75 1,45 1,25 от 15 до 25т с порожним 2,7 2,25 1,6 1,3 1,1 0,9 с массой от с загружен. 3,5 3,0 2,2 1,8 1,65 1,55 25 до 55 т с порожним 2,85 2,4 1,75 1,45 1,25 1,15

Значение коэффициента /2 влияния угла поворота на производи­тельность экскаватора при угле поворота 90" принято равным 1, для дру­гих значений угла поворота приведено на рисунке 7.25.

На время разгрузки влияет вместимость ковша, вид рабочего обо­рудования, тип разгружаемого материала. Минимальное время на раз­
грузку грунта затрачивается при работе в отвал. Однако оно изменяется с увеличением вместимости ковша и типа загружаемого механизма. С увеличением вместимости ковша от 0,5 м3 до 2,5 м3 время разгрузки в отвал песчано-гравийных материалов увеличивается примерно на 10-15%.

Рис. 7.23. Оптимальная глубина копания канатно­блочных экскаваторов с различной вместимостью ковша на грунтах /— V кате­гории (табл. 7.1).

1.1 Г———————- 1—————————- Г-

‘,0(———— 1————— __J———- j____ J____ j 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

1,0′

0,9

/, 0,7 0,6

При разгрузке того же материала в автосамоовал грузоподъемно­стью до 10 т время увеличивается примерно в два раза. Это связано с необходимостью определения места разгрузки и точной установки ков­ша. При разгрузке связных материалов (глина,- суглинок) время раз­грузки увеличивается на 30% по сравнению с временем разгрузки песка и гравия. Значительное влияние оказывает и место стоянки транс­портного средства под погрузкой. При стоянке ниже уровня нахожде­ния экскаватора время загрузки увеличивается, что связано с прочнос­тью кузовов и бункеров и их небольшой загрузочной площадью и значительной высотой расположения. Значение коэффициента / для гидравлических экскаваторов для различных условий разгрузки при­ведено в таблице 7.15.

Таблица 7.15.

Значение коэффициента f3 условий разгрузки

	Характеристика условий разгрузки
1.	Разгрузка в отвал	1,00
2.	Разгрузка в транспорт, стоящий на уровне опорной поверхности экскаватора	0,90
3.	Разгрузка в транспорт, стоящий ниже уровня опорной поверхности экскаватора	0,80
4.	Разгрузка в воронкообразный бункер	0,67
5.	Разгрузка в силосный бункер	0,58

Состояние режущей кромки и зубьев оказывает значительное влияние на сопротивление копанию, а значит, и на время цикла экскаватора. Время копания при сильно затупленных зубьях и режущей кромке увеличивается примерно до двух раз. Значительное влияние на сопротивление копанию и время цикла оказывает и форма ковша. Однако ни в отечественной, ни в зарубежной практике еще не разработаны количественные показатели вли­яния состояния и формы режущей части ковша и зубьев на время копания. Эти вопросы требуют дальнейших исследований. Поэтому для расчетов при новом рабочем оборудовании или когда режущая кромка и зубья находятся в хорошем состоянии коэффициент можно принимать равным 1.

В экскаваторах используется два вида стрел: моноблочные и со­ставные. Составные стрелы отличаются высокой эффективностью ис­пользования рабочего оборудования вследствие его высокой маневрен­ности, однако они при одинаковой вместимости ковша несколько тяже­лее, чем моноблочные.

Установка стрелы может быть короткая, средняя и длинная. Корот­кая установка используется, когда необходимо получить большое отрыв­ное или подъемное усилие. Длинная — когда надо работать на большой глубине или при значительном расстоянии от груди забоя. Как короткая, так и длинная установка стрелы увеличивает время набора грунта. Зна­чение коэффициента / приведено в таблице 7.16.

Таблица 7.16.

Значение коэффициента fs установки стрелы Установка стрелы /5 Короткая 0,95-0,98 Средняя 1,00 Длинная 0,98-0,95

Использование экскаваторов с большой вместимостью ковша и автомобилей малой грузоподъемности нецелесообразно, так как увели­чивается время простоя экскаваторов в ожидании автомобилей. С дру­гой стороны, использование при загрузке малых экскаваторов вместе с крупными самосвалами также нецелесообразно из-за длительных про­стоев автосамосвала под загрузкой. Основным критерием в этом слу­чае должен быть критерий экономичности.

Значение коэффициента /6.

Значение коэффициента f6 влияния на производительность соот­ношения вместимостей кузова автомобиля и ковша экскаватора пред­ставлено в таблице 7.17. При V / Уэ > 9 коэффициент /б равен 1.

L К	і	2	3	4	5	6	7	8	9	10
/б	0,65	0,82	0,88	0,92	0,95	0,97	0,98	0,99	1,00	1,00

Таблица 7.17

На практике чаще принимается соотношение Vc / V3 = 3-5. При этом экскаватор загружен не полностью, однако и время простоя автоса­мосвала под загрузкой невелико.

Учитывать квалификацию операторов при определении производи­тельности машины предложил Н. Г. Домбровский, и в дальнейшем использо­вал западногерманский центр по подготовке операторов дорожных машин.

Выполнение планового задания на 100% считается нормальной ква­лификацией оператора. Значение этого коэффициента определяется по формуле:

(7.49)

где Qa ~ достигнутая часовая производительность; Qnii — плановая часо­вая производительность.

Проведенные исследования для экскаваторов различного типа и на различных грунтах показали, что отклонение значения /7 от единицы в основном составляют ±5%. Максимальное значение /7 равно 1,20. Оно было достигнуто только операторами — испытателями машин, работаю­щими на фирме-изготовителе. Минимальное значение /7 равно 0,75. Оно было у операторов, работающих первые дни на машине. Квалификация оператора зависит главным образом от объема знаний и навыков уп­равления машиной. В современных экскаваторах не требуется значи­тельных мускульных напряжений, созданы хорошие эргономические ус­ловия в кабине. Квалифицированный оператор выбирает оптимальное место стоянки машины, положение стрелы, сокращает время цикла за счет совмещения процессов, например подъема и поворота рабочего орга­на, он указывает более удобное место стоянки под погрузкой водителю транспортного средства, подчищает забой во время отсутствия транспор­та и т. д. Согласно исследованиям, уровень квалификации оператора можно характеризовать следующими показателями:

Степень

производительности

120% высокая

114% очень хорошая

110% хорошая

105% нормальная, плюс

100% нормальная

95% нормальная, минус

90% удовлетворительная

85% удовлетворительная, минус

75% плохая

Производительность механизма зависит от организации работы, причем производительность транспортных средств зависит от работы погрузочного механизма. Грузоподъемность и число автосамосвалов, работающих в карье­ре, определяется в первую очередь типом и производительностью.

Снижение производительности возможно при неудачном выборе глубины или высоты забоя в карьере. При слишком мелком забое ковш полностью не наполняется из-за недостаточного пути наполнения, при слишком высоком забое увеличивается опасность обрушения, и поэтому экскаватор устанавливается дальше от места оптимальной установки. Причиной снижения производительности может быть неудачный выбор места установки автосамосвала.

Названные примеры не охватывают всего многообразия случаев организации работы механизмов на строительной площадке. Они учи­тываются коэффициентом k, который учитывает условия работы меха­низма на строительной площадке при помощи фактора времени. Значе­ние коэффициента ke определено экспериментальным путем и приведе­но в таблице 7.18.

Таблица 7.18.

Значение коэффициента kg использования экскаватора по времени

Вид использования	д. лв сред	Jr шах
1 Использование экскаватора при оптимальных условиях, например, разработка гравийного карьера, работа в отвал без ограничений объема строительной площадки, погрузка мате­риала в автотранспорт.	0,66	0,83
2 Работа экскаватора с пространственными ограничениями, например, при отрывке больших траншей, малых выемок под фундаменты с погрузкой в транспорт.	0,56	0,78
3 Работа в ограниченном пространстве, например, открытие узких траншей. Заполнение грунтом траншей, погрузка ма­териала из отвала.	0,54	0,76
4 Использование экскаваторов при планировании площадок, уборке почвы со сбором разрабатываемого материала в от­вал.	0,50	0,70
5 Использование экскаваторов при сильных помехах, напри­мер, разработка траншей возле зданий со сбором материала в отвал.	0,45	0,58

У экскаваторов с гибкой подвеской ковша привод рабочего обору­дования осуществляется с использованием канатно-блочной системы управления.

Рабочее оборудование экскаваторов с прямой и обратной лопатой состоит из рабочего органа, стрелы и рукояти. Рабочее оборудование экскаваторов с драглайном и грейфером не имеет рукояти, а ковш под­вешивается к стреле на канате при помощи специальной упряжи. К ра­бочему оборудованию относятся также блоки, направляющие устройства и канаты, которые передают движение различным элементам рабочего оборудования.

Одноковшовые экскаваторы снабжаются сменным рабочим обору­дованием, которое может быть использовано не только для выполнения земляных работ, но и при вспомогательных и подготовительных: валке и корчевке леса, забивке свай, уплотнения дорожных покрытий, монтаже и погрузочно-разгрузочных работах.

Если на экскаваторе может быть установлено хотя бы три вида сменного оборудования — прямая лопата, обратная лопата и драглайн, то такие экскаваторы можно снабжать и другими видами рабочего обору­дования и их называют универсальными. Чаще других в комплект смен­ного рабочего оборудования входят прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, кран. Привод рабочего оборудования осуществляется при помо­щи лебедок через канатно-блочную систему.

Различные виды сменного рабочего оборудования показаны на рис. 7.17.

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, наиболее распростра­нены. Они работают на одном месте и разрабатывают последовательно
забой выше уровня стояния машины по всей высоте забоя, поворачива­ясь вокруг своей оси и разгружая грунт в транспорт или в отвал.

Рис. 7.14. Одноковшовый экскаватор: 1 — ковш; 2 — рукоять; 3 — стрела; 4 — поворотная платформа; 5 — ходовое оборудование; 6 — силовое оборудование; 7 — подъем­ные канаты; 8 — двуногая стойка; 9 — седловой подшипник; 10 — пульт управления.

На рис. 7.14 приводится общая схема экскаватора, оборудованного прямой лопатой. Ковш внедряется в грунт на определенную глубину и отделяет грунт от массива. При этом ковшу необходимо задать нор­мальное и касательное движение относительно профиля забоя. Ковш крепится жестко на рукояти. Рукоять закреплена на стреле таким обра­зом, что ее можно легко поворачивать вместе с ковшом вокруг оси как по часовой, так и против часовой стрелки. Эта ось называется осью напорного вала. Поднимается ковш за счет усилия в подъемном канате, а опускается под действием силы тяжести. Кроме возможности поворо­та вокруг оси рукоять может перемещаться возвратно-поступательно вдоль своей оси для внедрения в грунт и для установки рукояти с ковшом в исходное положение. Это достигается специальными напорными меха­низмами.

Напорные механизмы в экскаваторах выполняются по различным схемам зависимого, независимого и комбинированного механизма. По спо­собу передачи движения на рукоять их подразделяют на зубчато-реечные и канатные. В зубчато-реечных механизмах передача движения рукояти осуществляется шестерней, закрепленной на валу седлового подшипника, установленного на стреле. Шестерня находится в зацеплении с зубчатой рейкой, приваренной или прикрепленной болтами к рукояти.

Процесс работы экскаватора с прямой лопатой происходит следую­щим образом. При одновременном действии механизмов подъема и напо­ра ковш, перемещаясь из положения I в положение IV, срезает стружку грунта и наполняется, после чего рукоять втягивается и одновременно стрела поворачивается на выгрузку. Во время поворота совместным дви­жением подъема и напора ковш занимает положение, отвечающее месту выгрузки. Операция копания занимает в среднем 25-30% всей продол­жительности цикла. Толщина срезаемой стружки регулируется напорным механизмом так, чтобы можно было вести работу на наиболее выгодном режиме с использованием всей мощности двигателя механизма подъема. При правильной работе ковш врезается в грунт «с ходу», а траектория в первой части II-III забоя почти горизонтальна. В начале копания скорость имеет наибольшее значение, по мере наполнения ковша и не позднее, чем но достижении зубьями высоты, равной высоте напорного вала (положе­ние IV), она снижается до нуля. В целях уменьшения сопротивления копа­нию в связных плотных грунтах каждая последующая стружка снимается так, чтобы ковш на 8-15 см перекрывал след от ранее снятой. При этом одна из боковых стенок ковша исключается из процесса копания, т. е. происходит полублокированное резание.

Основной задачей в процессе копания является заполнение ковша в минимальное время, что возможно при наиболее рациональных усло­виях и использовании номинальной мощности двигателя. Кроме того, необходимо задавать определенные скорости напора и подъема ковша. Эти скорости взаимозависимы, и для получения наиболее выгодной тра­ектории ковша требуется их определенное соотношение, изменяющееся в соответствии с положением ковша относительно напорного вала. По мере подъема ковша толщина стружки увеличивается и достигает макси­мального значения на высоте, при которой режущая кромка находится на уровне напорного вала. Поэтому по мере увеличения толщины стружки и подъема ковша необходимо уменьшить скорость напора.

Операция поворота с груженым и порожним ковшом занимает от 40 до 85% продолжительности цикла (в среднем 60-85%). Поворот
включается одновременно с выходом ковша из забоя, который произво­дится без остановки подъемного движения втягиванием ковша, чтобы уменьшить при разгоне момент инерции вращающейся части экскавато­ра, а также снизить износ опорно-поворотного устройства.

Выгрузка производится в момент окончания поворотного движе­ния и начала поворота в забой. Таким образом, она производится час­тично или полностью «на ходу» при совмещении части операции с поворотом. Поворот в забой обычно начинается еще во время выгруз­ки и сопровождается втягиванием и опусканием ковша в место, наме­ченное для нового копания. Максимальная скорость опускания ковша составляет 2-3 м/с.

В настоящее время среди канатно-блочных экскаваторов чаще при­меняют оборудованные драглайном в качестве рабочего органа. Ковш драглайна подвешивается к рабочему оборудованию на канатах. Такая машина работает ниже уровня стоянки и по направлению к экскаватору, т. е. «на себя», преимущественно в отвал. По сравнению с прямой и обратной лопатами у драглайна значительно больше (до 50%) глубина копания, высота выгрузки и радиус копания.

На рис. 7.15 приводится схема драглайна. Вместимость стандартно­го ковша обычно равна или несколько больше вместимости ковша пря­мой лопаты. Управление операциями внедрения ковша в грунт, копания, выгрузки в драглайне осуществляется с помощью канатов, прикреплен­ных к ковшу. На рис. 7.16 показаны ковш драглайна и схема крепления к нему канатов. Ковш драглайна имеет форму совка, он открыт спереди и сверху. Арка, связывающая спереди стенки ковша, придает ему жест­кость и служит для крепления разгрузочного каната.

Для обеспечения заполнения и разгрузки ковша арку и боковые стенки делают часто расширяющимися кверху под углом 5-8’, днище — сужающимся к задней стенке под таким же углом. Для работы в креп­ких грунтах задняя стенка выполняется ниже, в мягких выше. В комп­лект ковша входит упряжь, которая состоит из тяговых цепей. Они кре­пятся к канату и к боковым стенкам ковша с помощью проушин. Для предохранения цепей от истирания служит распорка: к арке ковша на шарнире закреплен ковш, а к нему разгрузочный канат, переброшенный через опрокидной блок. Тяговый канат соединен с тяговыми цепями, а они, в свою очередь, — с ковшом. Ковши драглайнов выполняют с зубь­ями или без зубьев с полукруглой режущей кромкой. Ковши с полу­круглой режущей кромкой обеспечивают хорошее заглубление рабочего органа. Тяговый канат поступает на ловитель, установленный на пово­
ротной платформе, который обеспечивает очистку каната от грунта и направление его на барабан лебедки.

Рис. 7.15. Экскаватор с драглайном: 1 — ходовое оборудование; 2 — платформа; 3 — рабочее оборудова­ние; 4 — трос; 5 — стрела; 6 — ковш

Рис. 7.16. Конструкция ковша драглайна

Классификация. Одноковшовые экскаваторы классифицируются по следующим основным признакам.

По эксплуатационноу назначению: строительные универсаль­ные, карьерные, вскрышные, специальные. В строительстве рассматри­ваются наиболее распространенные универсальные экскаваторы.

По типу ходового устройства’, гусеничные (Г) и гусеничные с увеличенной поверхностью гусениц (ГУ), предназначенные для работы на грунтах с низкой несущей способностью; пневмоколесные (П); на базе трактора (Тр); на специальном шасси (СШ) и на шасси автомобиля (А). По исполнению рабочего оборудования: с гибкой (канатной) подвеской; с жесткой подвеской (элементы рабочего оборудования при­водятся в движение гидроцилиндрами); с телескопической стрелой. По приводу механизмов: одномоторные, многомоторные. По типу силовых передач (приводу) экскаваторы делятся на механические и гидравлические. По массе и мощности экскаваторы делят на размерные группы, каждой из которых соответствует набор ковшей разной вместимости. В основу индексации (лат. index — указатель) экскаваторов вы­пуска до 1971 года положена была только вместимость основного ковша. Например, Э-652Б — экскаватор с ковшом вместимостью 0,65 м3, модель вторая, вторая модернизация; Э-10011Е — экскаватор с ковшом вместимостью 1,00 м3, первая модель, пятая модернизация.

Действующая система индексации (рис. 7.13) одноковшовых уни­версальных экскаваторов (ЭО) посредством четырех цифр индекса клас­сифицирует экскаваторы по размерным группам (первая цифра), типам

Л/7 север

ТВ тропики влажные

Рис. 7.13. Структура индекса экскаватора

Очередная модернизация

ходового устройства (вторая цифра) и исполнению рабочего оборудова­ния (третья цифра). Четвертая цифра — порядковый номер модели. Бук­вы (А, Б, В, …, Е) обозначают очередную модернизацию, а специальное климатическое исполнение машины обозначается: ХЛ — северное ис­полнение, Т — тропическое, ТВ — для влажных тропиков. Например, ЭО — 3311Г — экскаватор одноковшовый 3-й размерной группы, вместимость ковша 0,4-1,0 м3 (в зависимости от грунта и вида рабочего оборудова­ния), на пневмоколесном ходу с канатной подвеской рабочего оборудова­ния, первой модели, четвертой модернизации.

В настоящее время наряду с новыми продолжают оставаться в эк­сплуатации некоторые экскаваторы с прежними индексами.

7.7.1. Назначение и общее устройство экскаваторов

Назначение. Экскаватор (от лат. excavo — долблю, выдалбливаю) — основной тип выемочно-погрузочных машин, применяемых для произ­водства земляных работ и добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений.

Все экскаваторы разделяются на две группы: одноковшовые периоди­ческого или цикличного действия и многоковшовые — непрерывного дей­ствия. Обе эти группы экскаваторов широко применяются и в мелиорации.

Рис.7.12. Общий вид одноковшового экскаватора: 1 — отвал; 2 — гидроцилиндр подъема отвала; 3 — рама; 4 — бак топливный; 5 ~ гидробак; 6 — рама; 7 — кабина; 8 — сиденье; 9 — шланги; 10 — гидроцилиндр рукояти; 11 — стрела; 12 — рукоять; 13 — гидроцилиндр ковша; 14 — ковш; 15 — гидроцилиндр стрелы; 16 — гидрошланг; 17 — стойка; 18 — аутригер; 19 — рама; 20 — кардан; 21,22 — рамы

Одноковшовый экскаватор (рис. 7.12) состоит из трех основных частей: ходового устройства, поворотной платформы и рабочего обору­дования.

Ходовое устройство предназначено для передвижения экскаватора и бывает гусеничным, пневмоколесным, шагающим. В мелиорации наи­большее распространение получили экскаваторы на гусеничном ходу, при котором обеспечивается большая проходимость и устойчивость машины.

Экскаваторы на пневмоколесном ходу более подвижны, чем гусе­ничные, и используются для обслуживания небольших строительных объек­тов, при частой смене места работы.

Для рытья больших каналов, а также на вскрышных работах при добыче полезных ископаемых используются экскаваторы с шагающим ходовым устройством.

Поворотная платформа представляет собой раму большой жесткос­ти и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. На ней крепятся основные механизмы экскаватора, силовая установка (двигатель) и рабочее оборудование. Если вращение поворотной платформы не ограничено в обе стороны на любой произвольный угол, экскаватор называется полнопово­ротным. Если же угол поворота ограничен (меньше полного поворота), экскаватор называется неполноповоротным. У таких экскаваторов повора­чивается только рабочее оборудование, поворотной платформы у них нет.

Рабочим оборудованием называется часть экскаватора, предназначен­ная для выполнения определенной работы: копания грунта, подъема и пере­носки грузов или сыпучих материалов, забивки свай, планировки и т. д. Ос­новные части рабочего оборудования (рис. 7.14): рабочий орган, стрела, систе­ма канатов у канатно-блочных или гидросистема у гидравлических экскава­торов. Рабочий орган (ковш, крюк, гидромолот и др.) — это часть рабочего оборудования, с помощью которой непосредственно выполняется работа.

Если один и тот же экскаватор в зависимости от рода выполняемой работы может использоваться с различными видами рабочего оборудова­ния (рис. 7.17), его называют универсальным. Прямая лопата, обратная ло­пата, драглайн и кран (рис. 7.17, а, б, в, г) считается основным оборудованием, так как используются наиболее часто. При выполнении мелиоративных работ в основном применяется драглайн и обратная лопата.

Грейдер-элеватор (рис. 7.11) разрабатывает (срезает) грунт послойно и отсыпает его в отвал или в транспортные средства.

Принципиальной особенностью этой машины является то, что грунт, отделяемый от массива, попадает на транспортирующее устрой­ство — конвейер, при помощи которого он подается в транспортные средства или в отвал. Это выгодно отличает грейдер-элеваторы от других землеройно-транспортных машин, так как расход энергии на транспортирование грунта конвейером значительно меньше, чем на заполнение грунтом скрепера и бульдозера, где в процессе переме­щения грунта значительное количество энергии расходуется на тре­ние грунта о грунт.

Грейдер-элеватор состоит из ходовой части, основной рамы, плуж­ной балки, рабочего органа, ленточного конвейера, трансмиссии, привода конвейера, силовой установки и механизмов управления.

По типу рабочего органа грейдер-элеваторы разделяют на машины с дисковыми ножами, которые могут быть поворотными или неповорот­ными, с прямыми ножами и с криволинейными (струги). Диаметры та­ких ножей составляют от 600 до 1000 мм.

По расположению конвейера грейдер-элеваторы разделяют на ма­шины с поперечным или диагональным расположением конвейера, с од­ним или двумя поворотными конвейерами и с грунтометателем.

Рис. 7.11. Общий вид грейдер-элеватора.

В зависимости от ходового оборудования и тягового средства грей­дер-элеваторы могут быть прицепные (на пневматическом ходу), полу­прицепные к гусеничным тракторам, навесные в виде сменного оборудо­вания к автогрейдерам и самоходные (с собственной ходовой частью с использованием одноосных тягачей).

Грейдер-элеваторы применяют при строительстве дорог, постройке оросительных каналов, возведении дамб, валов, земляных плотин, разра­ботке карьеров в равнинной местности и грунтов без значительных включений. При использовании транспорта с помощью таких машин устраивают высокие насыпи с выемкой грунта из боковых резервов или карьеров, разрабатывают глубокие и широкие выемки.

Наиболее эффективно используют грейдер-элеваторы при разра­ботке связных грунтов.

На сыпучих и сырых (с влажностью более 25%) грунтах произво­дительность их невысокая.

Грунты I—III категорий грейдер-элеватор разрабатывает без пред­варительного рыхления, грунты IV категории должны предварительно разрыхляться. Мерзлые грунты, глубина промерзания которых больше 0.15 м, должны предварительно разрыхляться на всю глубину. При рабо­те на неразрыхленном грунте производительность грейдер-элеватора па­дает вследствие ухудшения подачи кусков грунта на конвейер.

Для производительной работы грейдер-элеваторов требуется, что­бы поперечный уклон не превышал 18′.

Грейдер-элеватор состоит из ходовой части, основной рамы, плуж­ной балки, рабочего органа, ленточного конвейера, трансмиссии, привода конвейера, силовой установки и механизмов управления.

Ввиду отмеченных значительных ограничений применения этих машин, широкого распространения они не получили.

Грейдеры предназначены для выполнения профилировочных работ и отделки земляного дорожного полотна. Кроме того, их применяют для возведения невысоких насыпей из боковых резервов, устройства террас на косогорах, корыта в дорожном полотне, срезки и планировки откосов, выемок и насыпей, общей планировки участка, перемешивания гравия и щебня с вяжущими материалами при строительстве горной дороги. В зимнее время грейдеры используются для расчистки дорог для сгребания снега в отвалы перед погрузкой его в транспорт для снегозадержания на полях.

Так как грейдеры оснащают различным сменным дополнительным оборудованием (плужные снегоочистители, бульдозерный отвал, рыхли­тель и т. д.), область их применения расширяется.

Грейдеры бывают прицепными (работающими в сцепе с гусеничны­ми тракторами) и самоходными. Последние называются автогрейдерами.

Грейдеры классифицируют по массе и мощности, типу колесной схемы и трансмиссии, управлению рабочим органом.

Конструктивную компоновку автогрейдеров классифицируют по типу мостов с управляемыми и ведущими колесами и общему числу мостов. Наибо­лее распространенной является колесная схема (формула) 1 х 2 х 3, т. е. авто­грейдер имеет одну ось управляемую, две ведущие с общим числом осей три.

Общее устройство автогрейдера показано на рис. 7.10. Двигатель, тяговая рама, поворотный круг с отвалом и кирковщиком, дополнитель­
ное рабочее оборудование, механизмы управления рабочими органами и рулевого управления, а также кабина расположены на основной раме. Основная рама опирается в одной точке на передний мост и в двух точках — на задний. Силовая передача от двигателя на ходовую часть автогрейдера осуществляется через соединительную муфту, коробку пе­редач, задний мост и редуктор балансиров. Ходовая часть автогрейдера состоит из четырех приводных задних пневмоколес и двух приводных или неприводных управляемых передних колес. Задние колеса с каждой стороны машины попарно объединены балансирными балками. Такое соединение позволяет колесам не отрываться от опорной поверхности при наезде одного из колес на препятствия, т. е. машина опирается по­стоянно на все шесть колес независимо от рельефа местности. Для изме­нения направления движения передние колеса могут поворачиваться в плане с помощью рулевой трапеции. Для повышения устойчивости дви­жения при работе с косоустановленным отвалом эти колеса могут от­клоняться в боковом направлении.

Рис.7.10. Общий вид автогрейдера: 1 — двигатель; 2 — соедини­тельный вал; 3 — коробка передач с задним мостом; 4 — балансир; 5 ~ колесо; 6 — распределительное устройство; 7 — гидрораспреде­литель; 8 — рабочие органы; 9 — гидромотор привода поворотного круга; 10 — основная рама; 11- передний мост; 12 — бульдозерное оборудование; 13 — рулевой механизм; 14 — карданный вал.

Рабочий орган — отвал через кронштейны и поворотный круг за­крепляют на тяговой раме. Последнюю располагают под хребтовой бал­
кой и соединяют с ней в передней части универсальным шарниром, а в задней с помощью гидравлических цилиндров, подвешенных к хребтовой балке. Два гидравлических цилиндра, работающих независимо один от другого, обеспечивают подъем передней части тяговой рамы и ее пере­кос, а гидроцилиндр выноса — ее вынос в сторону от продольной оси автогрейдера. Вращением поворотного круга автогрейдера с жестко за­крепленными кронштейнами обеспечивается установка отвала в плане. Благодаря такой подвеске отвал может быть установлен горизонтально или наклонно к вертикальной плоскости, под любым углом наклона в плане, располагаться в полосе колеи машины или быть вынесенным за ее пределы, быть опущенным ниже уровня поверхности, по которой пере­мещается машина, или поднятым над ней.

Производительность автогрейдеров

Автогрейдеры используются в дорожном строительстве для вы­полнения планировочных работ, нарезания кюветов, приготовления пу­тем смешивания на полотне дороги асфальтобетонных смесей, выреза­ния и перемещения грунта.

Эксплуатационная производительность автогрейдера при вырезании и перемещении грунта, смешивании материала на полотне дороги опре­деляется по формуле:

п* =~’ ~„V (‘~’10QQ, m3A (7.36)

При планировании дороги

nF~ ~ ЮОО, м3/ч (7.37)

При нарезании кюветов

^=-^~1000, (7.38)

где h — средняя толщина вырезаемой стружки. При треугольной струж — » -2F

ке « —— , м; F — площадь вырезаемой стружки, м; Ь — ширина выреза­емой стружки, м; v — рабочая скорость движения машины, км/ч; п ~ число проходов по одному месту; k — коэффициент использования машины во времени.

Толщина (площадь) вырезаемой стружки определяется, исходя из свободной силы тяги машины по двигателю. При выполнении тягового

расчета машины сумма всех сопротивлений при работе автогрейдера, за исключением сопротивления движению, приравнивается свободной силе тяги и полученное уравнение решается относительно h.

Ширина вырезаемой стружки определяется с учетом угла установ­ки отвала в плане относительно продольной оси машины. Угол установки отвала в плане принимают равным 60′. Ширина резания тогда будет

b = В ■ sin а,

где В — ширина отвала.

При этом должна учитываться и ширина перекрытия, которая равна 20-30 см.

Рабочая скорость V движения машины определяется с учетом тех­нической характеристики машины и для различных видов работ прини­мается равной:

Нарезание кюветов, резание и

перемещение грунта 2-3 км/ч:

Распределение материала на

полотне дороги, планировка 5-6 км/ч;

Смешивание грунта и окончательная

планировка 8-9 км/ч;

Очистка от снега 10-15 км/ч.

Число проходов по одному и тому же месту п зависит от вида выполняемых работ, например, при очистке дороги от снега п = 1.

При нарезании кюветов число проходов зависит от площади про­филя кювета, при этом после одного прохода по вырезанию грунта из кювета второй должен быть по перемещению этого грунта на полотно дороги.

В среднем при планировке строящейся дороги п = 3-4.

Значение коэффициента использования машины по времени приве­дено в таблице 7.6.

Следует отметить что, если автогрейдер работает очень часто в комплекте с другими машинами, например бульдозерами, самосвалами, катками, то его производительность через коэффициент использования машины по времени зависит от производительности всего комплекта.

Пример расчета. Исходные данные: строится дорога, на которую заво­зится автосамосвалами песок. Он должен быть уложен на толщину в 30 см за два прохода, затем спрофилирован за три прохода. Для этой цели использу­ется автогрейдер с мощностью двигателя 135 кВт и отвалом длиной 3,66 м.

Ширина полосы Ь = 3,66 ■ sin60′ — 0,20 = 2,97 м.

Толщина слоя распределения в разрыхленном состоянии 30 см, в плотном — h = 0,3 0,89=0,27 м (таблица 7.8) для сухого песка.

Рабочая скорость = 5 км/ч для перемещения грунта и v2 = 8 км/ч для планировки.

Число проходов по одному месту nt = 2; п2 = 3.

Коэффициент использования машины по времени ke = 0,7.

Производительность машины по перемещению грунта

И-Ъ-VК 100Q = 0,27^2,97^^7 1Q0Q = И()()

«, 2

Производительность по планировке

пг = ■- -2—^-1000 = 2,91:8-‘°- 7- 1000 = 5530 м2/ч и2 3

Скрепером (рис. 7.9) называют землеройно-транспортную машину с рабочим органом в виде ковша, которая может производить послойное копание с набором грунта в ковш и грубым планированием разрабаты­ваемой поверхности, транспортирование набранного грунта, его выгрузку с разравниванием и частичным уплотнением ходовыми колесами и воз­врат в забой в исходное положение.

Скреперы используют на земляных работах различных видов строи­тельства для разработки грунтов I—IV категории (III—IV категории чаще всего в разрыхленном состоянии). Часто, особенно при работе на прочных грунтах, загрузка скреперов производится погрузчиком или экскаватором.

Скреперы выполняют в виде прицепных и полуприцепных конст­рукций к гусеничным и колесным тракторам или в виде самоходных
машин. Прицепные скреперы могут иметь двух — или одноосную конст­рукцию. У них масса скрепера и грунта передается на опорную поверх­ность почти целиком через колеса скрепера. У полуприцепных скрепе­ров масса воспринимается колесами как скрепера, так и тягача. Целесо­образная дальность транспортирования грунта зависит от подъездных путей и скоростных характеристик базовых тракторов. Обычно она не превышает 500-700 м для прицепных скреперов, 1000-2500 м для полу­прицепных и 2500 м — для самоходных.

Рис. 7.9. Общий вид скрепера: / — кабина; 2 — колесо; 3 — седель­но-сцепное устройство; 4 — гидроцилиндры поворота; 5 — гидроци­линдры подъема ковша; 6 — поперечная балка; 7 — упряжные тяги; 8 — заслонка; 9 — ковш; 10 — задняя стенка; 11 — заднее колесо; 12 — задняя рама; 13 — нож.

Самоходные скреперы выполняют на базе одно — или двухосных ко­лесных тягачей или в виде специализированных конструкций, например с дизель-электрическим приводом и мотор-колесами. Известны конструк­ции гусеничных самоходных скреперов, у которых ковш встроен между

гусеницами, а передняя заслонка может использоваться как бульдозерный отвал. Такие скреперы применяют в тяжелых условиях на грунтах с низкой несущей способностью. На базе одно — и двухосных тягачей созда­ют также двухмоторные скреперы, у которых на задней скреперной оси установлен второй двигатель и трансмиссия (для привода задних колес), управление ими осуществляется из кабины тягача. Такие скреперы при­меняют для работы в тяжелых грунтовых и эксплуатационных условиях, например, при длительных подъемах в груженом состоянии, больших ук­лонах, слабой несущей способности грунта и т. д. Скреперы с ковшом большого объема снабжают спереди гидроуправляемыми сцепными уст­ройствами и толкающей плитой, обеспечивающими быстрое соединение двух скреперов для их поочередной загрузки и разъединение для раздель­ной доставки грунта к месту выгрузки. Известны, кроме того, большегруз­ные скреперные поезда с двумя-тремя ковшами и всеми ведущими колеса­ми, которые обычно создают на базе двухмоторных скреперов.

При обычной системе загрузки грунтом скреперы всех видов (при­цепные, полуприцепные, двухмоторные самоходные и с дизель-электричес — ким приводом и всеми ведущими колесами), кроме скреперов со сцепкой для спаренной работы и скреперных поездов, обеспечивают самозагрузку только в легких грунтовых условиях. В остальных случаях для эффектив­ной работы при загрузке надо применять толкач в виде бульдозера с уси­ленным отвалом, специальный бульдозер-толкач с отвалом укороченной длины, снабженным амортизаторами, или трактор — толкач с толкающими плитами, оборудованными амортизаторами. Одномоторные скреперы с обыч­ной загрузкой используют только с толкачами, которые обычно работают в комплекте из четырех-пяти скреперов. Скреперы с принудительной загруз­кой, обычно элеваторной, обеспечивают самозагрузку, но не могут работать при наличии в грунте больших камней и каменных включений.

Для прицепных и полуприцепных скреперов к гусеничным тракто­рам максимальные транспортные скорости обычно не превышают 10-15 км/ч, полуприцепных — 30-40 км/ч, самоходных — 50-60 км/ч. Практически достигаемые транспортные скорости движения скреперов часто не превышают 20-25 км/ч, даже для самоходных скреперов с рес­сорной подвеской колес. Только при тщательной подготовке транспорт­ных путей и наличии подвески колес получают скорости выше указанных.

Скреперы классифицируют по объему ковша, способам загрузки и разгрузки, типу управления и другим конструктивным признакам. При­цепные скреперы имеют ковш с геометрической вместительностью 3-25 м3, полуприцепные — 4,5-25 м3, самоходные — 8-40 м3.

По способу загрузки разделяют скреперы с принудительной (транс­портером — элеватором) и свободной (тяговым усилием) загрузкой.

По способу разгрузки разделяют скреперы со свободной разгруз­кой вперед или назад, принудительной разгрузкой (обычно вперед) и полупринудительной вперед, назад или в середине, через щель. На скре­перах с элеваторной загрузкой применяют принудительную разгрузку через сдвигаемое днище ковша путем выдвижения задней стенки. Наи­более распространена принудительная разгрузка, обеспечивающая воз­можность работы на влажных и липких грунтах.

Передние заслонки в скреперах гидравлически управляемые, с помо­щью которых можно регулировать зев между заслонкой и ножами. Для скреперов применяют гидравлическое управление.

Ножи на скреперах устанавливают по одной линии для проведения планировочных операций и с выступающей средней частью — для земля­ных работ, где такая установка обеспечивает лучшее заполнение, особен­но в конце набора ковша.

Схема самоходного скрепера, представляющего собой комбинацию одноосного тягача с одноосным ковшовым прицепом, показана на рис. 7.9. Рабочим органом машины является ковш. Боковым стенкам и дни­щу ковша для усиления жесткости обычно придают коробчатую форму. Передняя балка обеспечивает жесткость всей конструкции, к ней присо­единяют гидроцилиндры подъема и опускания ковша.

Ковши всех скреперов снабжают буферами — пространственными фер­мами коробчатого сечения, на которые воздействуют толкачи. К балкам фермы приваривают кронштейны для крепления оси задних колес. В буферах уста­навливают направляющие балки, по которым на роликах передвигается задняя стенка. Ножи ковша изготавливают составными, что обеспечивает смену толь­ко одной части при затуплении и поломке. Режущую часть ножа наплавляют твердыми сплавами для повышения ее износостойкости. Для уменьшения со­противления при разработке тяжелых грунтов ковши снабжают зубьями. Тяговый расчет скрепера

Сопротивление, возникающее в конце наполнения, равняется сумме четырех сопротивлений:

W = Wm+Wp+WH+W’, (7.27)

где Wm — сопротивление перемещению груженого скрепера; W — со­противление резанию; Wh — сопротивление наполнение;^ — сопротив­ление перемещению призмы волочения.

Wm={Gc+GXf±i), кН, (7.28)

где G — вес скрепера в кН; — вес грунта в ковше в кН; / — коэффи­циент сопротивления передвижению; і — уклон поверхности движения.

Таблица 7.7

Значения коэффициента наполнения ковша скрепера kH для различных грунтов Грунт Без толкача С толкачом Сухой рыхлый песок 0,5-0,7 0,8-1,0 Супесь и средний суглинок 0,8-0,9 1,0-1,2 Тяжелый суглинок и глина 0,6-0,8 0,9-1,2

(7.29)

Вес грунта в ковше скрепера Gz =

где q — геометрическая вместимость ковша в м3; уг — плотность грун­та в естественном залегании в кг/м3; kH — коэффициент наполнения ковша грунтом (табл.7.7); g — ускорение свободного падения; kp — коэф­фициент разрыхления грунта в ковше скрепера (табл. 7.8).

Таблица 7.8.

Значения коэффициента разрыхления грунта в ковше скрепера kp для различных грунтов

Грунт	Влажность в %	Плотность грунта в естествен­ном залегании в т/м3	кР
Сухой песок	—	1,5-1,6	1,0-1,2
Влажный песок	12-15	1,6-1,7	1,1-1,2
Легкая супесь	7-10	1,5-1,7	1,1-1,2
Супеси и суглинки	4-6	1,6-1,8	1,2-1,4
Средний суглинок	15-18	1,6-1,8	1,2-1,3
Сухой пылеватый суглинок	8-12	1,6-1,8	1,2-1,3
Тяжелый суглинок	17-19	1,65-1,8	1,2-1,3
Сухая глина	—	1,7-1,8	1,2-1,3

W = kbh, кН, (7.30)

где к — удельное сопротивление резанию в кН/м2, имеет следующие значения:

пески и слабые песчаные грунты 50-70

супеси и суглинки 80-100

тяжелые суглинки и глины До 120

Принимать значения к свыше 100-120 кН/m2 не рекомендуется,

так как более плотные грунты необходимо предварительно разрыхлять.

При выборе величины h можно руководствоваться следующими данными:

q в м3 6 10 15

h в см:

для суглинка 4-6 8-10 12-14

для супеси 6-8 10-12 14-16

Полное сопротивление наполнению W складывается из сопротив­ления силы тяжести поступающего в ковш грунта Wн и сопротивления трению грунта в ковше W.

Сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта опреде­ляется по формуле:

Wu = bhHy^g, кН, (7.31)

где b — ширина резания в м; h — толщина стружки в м; уг — плотность грунта в кг/м3; Н — высота наполнения ковша в м.

Ориентировочные значения Н следующие:

Вместимость ковша в м3 <3 6 10 15

Высота наполнения ковша Н в м 1,00-1,13 1,25-1,5 1,8-2,0 2,3

Сопротивление трению W грунта по грунту в ковше возникает в

результате давления боковых призм, располагающихся по обе стороны

столба грунта при его перемещении в вертикальном направлении внут­ри ковша:

W[ = 2Рц2 = xbH2ysg, кН, (7.32)

где

х = ■

1 + tg-(p2 Ф2 — угол внутреннего трения грунта. 166

tg(p2 _sin (р2

Значения х и угла внутреннего трения для различных грунтов при­ведены в табл.7.9.

Таблица 7.9.

Значения х и угла внутреннего трения для различных грунтов

Грунт	Угол внутреннего трения ф2 в град.	X
Глина	14-19	0,24-0,31
Суглинок	24-30	0,37-0,44
Песок	35-45	0,46-0,50

Сопротивление перемещению призмы волочения равно

Wn = уЬН1угц28 > КН (7.34)

где у — коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и но­жами ковша, у = 0,5-0,7 , наибольшее значение относится к сыпучим грунтам; Н — высота наполнения, м; b — ширина резания, м; у — плот­ность грунта в кг/м3; (р2 = 0,3-0,5 — коэффициент трения грунта по грунту (суглинки, пески).

Производительность скрепера как машины периодического (цикли­ческого) действия равна отношению среднего объема грунта, разрабаты­ваемого за один рабочий цикл, к средней длительности цикла.

Продолжительность рабочего цикла t слагается из времени копа­ния tKon, движения с грунтом 1Йг, разгрузки t, движения с порожним ковшом tdn, переключения передач nnetnep (ппер ~ число переключений передач), поворотов п tnoe (ппов — число поворотов) и времени подхода толкача t :

тол

t = t +/.. + /+/, . + /1 t + п t + t. (7.35)

ц коп д. г р о. п пер пер пов пов тол

Интервалы времени tKon, ідг, t, tdn вычисляют подлине соответству­ющих участков пути и скорости движения скрепера. Часть интервалов времени рабочего цикла принимают на основании опытных данных.

По мере увеличения объема перевозимого грунта удельная стоимость транспортирования уменьшается, поэтому затраты времени на набор в ковш дополнительного количества грунта могут быть оправданы при не­обходимости транспортировать его на большое расстояние. При перевоз­ке грунта на небольшие расстояния (200-300 м) более экономичным мо­жет быть наполнение ковша всего на 80-90% номинальной вместимости.

Большое значение имеет вопрос взаимодействия скрепера с толка­чом. Эффективность самозагружающихся скреперов снижается по мере удлинения пути транспортирования грунта, когда уменьшается влияние простоев из-за ожидания толкача. При больших расстояниях транспор­тирования целесообразно использовать самоходные скреперы, обладаю­щие высокой маневренностью, способностью преодолевать крутые подъе­мы и двигаться с большой скоростью по дорогам с плохой проходимос­тью. Но для ускорения набора грунта в этом случае нужны и мощные толкачи (гусеничные тракторы с бульдозерным отвалом или специаль­ной буферной плитой, колесные толкачи).

Толкачи должны иметь бесступенчатую трансмиссию для плавно­го подъезда к скреперу и предотвращения отрыва от него во время набо­ра грунта.

На тяжелых грунтах и при больших расстояниях транспортирова­ния грунта применяют два последовательно движущихся толкача.

Кусторезы. Кусторезы предназначаются для расчистки строитель­ных участков от кустарника и мелколесья. Их используют в автодо­рожном и железнодорожном строительстве при прокладке трассы до­роги, а также при устройстве просек в лесных массивах, освоении новых земель и мелиоративных работах в сельском хозяйстве. Зимой кусторе­зы могут быть использованы для очистки дорог и строительных участ­ков от снега, а также для снегозадержания.

Устройство. Кусторез является передним навесным оборудованием гусеничного трактора. Оборудование кустореза состоит из универсальной рамы, рабочего органа, ограждения трактора (рис. 7.2). Срезание кустарника и деревьев производится ножами, которые болтами прикреплены к ниж­ним кромкам рамы рабочего органа. В передней части рамы приварен носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев.

Универсальная рама используется при навеске на трактор как отва­ла кустореза, так и другого оборудования (корчевателя, граблей, бульдозе­ра, снегоочистителя и др.). В целях смягчения ударов отвала о толкаю­
щую раму и ограничения поворота его на шаровой головке с правой и левой сторон каркаса отвала установлены два амортизатора из листовой резины. Для защиты кабины трактора от падающих деревьев и сучьев кусторез оборудован ограждением, сваренным из труб и покрытым над кабиной стальным листом.

Рис. 7.2. Кусторез: 1 — ограждение; 2 — универсальная рама; 3 — съемная головка; 4 — отвал; 5 — гидроцилиндр подъема рабоче­го оборудования.

Для заточки ножей в процессе работы кусторезы снабжаются заточ­ным приспособлением, состоящим из заточной головки с наждачным кру­гом, гибкого вала и механизма привода, работающего от переднего конца коленчатого вала дизеля или редуктора привода гидронасосов трактора.

Срезанные кусторезами кустарник и мелколесье целесообразно из­мельчить и использовать полученную щепу, прежде всего на топливо. Для измельчения кустарника и мелколесья применяются рубильные ма­шины отечественного и зарубежного производства.

Корчеватели. Корчеватели предназначены для выкорчевывания пней, расчистки строительных участков от корней и камней-валунов, уборки стволов и кустарника, срезанных кусторезом, сгребания валеж­ника и сучьев. Они могут быть использованы также для валки деревьев и рыхления плотных грунтов. Корчеватель представляет собой оборудо­вание, навешиваемое на гусеничный трактор. По характеру установки на тракторе корчеватели разделяются на два типа: с передней навеской и с задней навеской. Привод рабочего органа у большинства ныне выпуска­емых корчевателей — гидравлический.

Устройство. Рабочим органом корчевателей, навешиваемых на трактор спереди, является отвал, снабженный изогнутыми зубьями. Он монтируется на толкающей раме охватывающего типа, которая своими задними концами шарнирно крепится к лонжеронам трактора. Установ­ка отвала на толкающей раме бывает двоякого типа: жесткая и с возмож­ностью поворота относительно рамы в вертикальной плоскости. В пос­леднем случае корчевка пней и камней может производиться не только за счет тягового усилия трактора и подъема толкающей рамы, но и с помощью поворота отвала. Конструкция корчевателя с передней навес­кой рабочего органа показана на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Корчеватель с передней навеской рабочего оборудования: 1 — отвал с зубьями; 2 — универсальная толкающая рама; 3 — гидро-цилиндр подъема рабочего органа.

У корчевателей с задней навеской рабочего органа последний уста­навливается на заднем мосту трактора и состоит из вертикальной стой­ки, трапециевидной толкающей рамы и двух массивных двуплечих рыча­гов (клыков). Клыки жестко связаны между собой и установлены на общей оси толкающей рамы, относительно которой они могут поворачи­ваться при помощи канатного или гидравлического привода, производя таким образом корчевку. Работа трактора при этом осуществляется зад­ним ходом.

Рыхлители. Рыхлитель (рис.7.4) предназначен для рыхления проч­ных и мерзлых грунтов и представляет собой навесное или прицепное оборудование к гусеничным тракторам или базовым тягачам различной мощности и с разным тяговым усилием.

Рис. 7.4. Общий вид рыхлителя: 1 — тягач; 2 — амортизатор; 3 — вертикальная стойка; 4 — рама; 5 — упор; б — зуб; 7 — наконечник; 8 — накладка; 9 — тяга; 10 — гидроцилиндр подъема рабочего оборудования

1

5

7

Рыхлители классифицируют по главному параметру — максималь­ной силе тяги по сцеплению Т базового трактора:

30 40 100 150 200 350

Максимальное заглубление, мм 300 350 400 500 700 900

Если тяговое усилие равно 30-100 кН, рыхлители считают легкими, 100-150 кН — средними, 250 кН — тяжелыми и 500 кН — сверхтяжелыми.

Помимо классификации по тяговому усилию рыхлители подразделя­ют по мощности двигателя базовой машины (кВт): легкие — меньше 120, средние — 120-250, тяжелые — 300-500 и сверхтяжелые — 550-1000.

Рыхлителями эффективно разрабатываются мерзлые и многие креп­кие грунты. Разработка ими этих грунтов с транспортированием их на расстояние менее 4 км мощными скреперами с усиленными ковшами в 3-4 раза дешевле, чем рыхление взрывом и погрузка экскаватором с отвозкой в автосамосвалах, в 2-3 раза дешевле, чем при использовании погрузчиков, и в 8-Ю раз дешевле, чем с использованием при рыхлении клин-бабы. Производительность труда по сравнению с рыхлением взры­вом и экскаваторной погрузкой возрастает с 78-80 м3/чел. смен до 220­300 м3/чел. смен.

Схемы рыхлителей. Применяют три основные схемы навесных устройств рыхлителей, которые отличаются механизмами опускания зу­бьев при заглублении и их подъеме (выглублении): 1) радиальная (трех­звенная), 2) параллелограммная (четырехзвенная), 3) параллелограммная регулируемая. Особенностью каждой из этих схем является то, что тра­ектория движения режущей части рабочего органа различна.

По радиальной схеме (рис. 7.5, а) острие наконечника зуба переме­щается при подъеме и опускании рамы по дуге. Угол рыхления (резания) изменяется от 60 до 80′, вследствие чего требуется большое усилие при заглублении. При наибольшей глубине рыхления рама занимает горизон­тально е положение. Угол рыхления должен иметь возможность изменять­ся при рыхлении в пределах 30-60′, что при радиальной схеме требует перестановки зуба, для чего изменяется вылет зуба относительно попереч­ной балки, а следовательно, меняется и глубина. Схема рабочего оборудо­вания рыхлителя с параллелограммной схемой приведена на рис. 7.5, г. В этом рыхлителе поперечная балка, в которой устанавливается зуб, крепит­ся к четырехточечной подвеске, представляющей собой параллелограмм.

Процесс работы рыхлителей. Вначале одновременно с перемеще­нием машины зубья заглубляются в грунт. После заглубления их на глубину, обеспечивающую движение трактора на оптимальной скорости, машина продолжает перемещаться с сохранением этой глубины, затем зубья выглубляются до выхода из грунта. После проходки участка опре­деленной длины рыхлитель поворачивают и повторяют процесс в об­ратном направлении. При небольшой длине участка работу осуществля­ют без разворота трактора. Длину каждой проходки выбирают в зависи­мости от условий работы и от того, в сочетании с какими машинами работает рыхлитель. При разработке пород в карьерах на значительную глубину их рыхлят послойно.

Производительность рыхления. Рыхлитель работает в сочетании с бульдозером, скрепером или экскаватором. При работе в сочетании с бульдозером или скрепером глубина рыхления должна быть больше на 20%, чем толщина слоя, захватываемая отвалом бульдозера или ножом скрепера. Степень рыхления, т. е. размеры кусков разрыхляемой поро­ды и грунта, оказывает влияние на производительность рыхлителя.

Производительность рыхлителя зависит от тягового усилия трак­тора Тси, скорости рыхления v (оптимальная vp = 1,6-2,5 км/ч). Тяговое усилие трактора зависит от его типоразмера и обычно при оптимальной скорости рыхления 1,5 км/ч равно 1-1,1 массы трактора с оборудова­нием бульдозера или рыхлителя. При равных Т и v производитель­

ность зависит от количества одновременно работающих зубьев, расстоя­ния между ними и глубины рыхления h.

Согласно опытным данным, форма площади рыхления в крепких и мягких грунтах при работе одним зубом различна. Для трактора мощно­стью 300 кВт при силе тяжести бульдозера с рыхлителем 500-520 кН в среднем глубина рыхления h = 50-60 см в очень крепком и h ~ 90-100 см в мягком грунте. При уменьшении или увеличении мощности или силы тяжести глубина меняется примерно пропорцио­нально корню кубическому их изменения.

Рис. 7.5. Конструктивные схемы рыхлителей: а, б, в — радиальная (трехзвенная); г — параллелограммная.

Техническая производительность Прт, м3/ч, зависит от полезной ширины захвата рыхлителем В, м, полезной толщины разрыхленного слоя h, м, скорости рыхлителя vp> м/ч, коэффициента перекрытия knep, коэффициента характера проходов (параллельные или перекрестные) kn, числа повторных проходов п:

П = В h v k / (n). (7.1)

p. m. P P P neP

Величина knep зависит от физико-механических свойств грунта; обычно k = 0,75. При параллельных проходах k = 1, при перекрестных kn = 2.

Эксплуатационная производительность П, зависит от использова­ния машины по времени (К = 0,75) с учетом времени подготовки ма­шины к работе, ее осмотра и техобслуживания. Рабочая средняя ско­рость в этом случае уменьшается на 20% для учета случайных задер­жек. При этом

П = П К. (7.2)

рэ p. m. в v ‘

Если скорость рыхления меньше указанной, необходимо увеличить типоразмер трактора или снизить глубину рыхления. Увеличить силу тяги, если она должна быть больше 80%, можно применением толкача или жесткой тандемной сцепки тракторов с навеской рыхлителя на зад­нем тракторе. Для увеличения силы тяги до 50-80% лучше применить гусеничный толкач, если меньше 50% — колесный.

7.2. Бульдозеры

Общие сведения. Бульдозером называется машина состоящая из гусеничного или колесного трактора, оборудованного отвалом. Отвал может устанавливаться перпендикулярно к продольной оси трактора или под углом <р’ (<р’ — угол поворота отвала в плане, т. е. угол между продольной осью трактора и режущим лезвием отвала), что дает воз­можность перемещать грунт в сторону. В последнем случае машина называется бульдозером с поворотным отвалом. Кроме того, отвал иног­да может поворачиваться в поперечной вертикальной плоскости и на­клоняться, изменяя угол резания.

При установке отвала перпендикулярно продольной оси трактора буль­дозер с поворотным отвалом работает как бульдозер с неповоротным отва­лом. В зависимости от выполняемой работы на раму бульдозера как с пово­ротным, так и с неповоротным отвалом навешивают рыхлители, кусторезы, канавокопатели, корчеватели и другое сменное рабочее оборудование.

Различают бульдозеры с размещением рабочего органа на пере­дней и задней части машины.

По роду привода механизма подъема бульдозеры разделяются на гидравлические и канатные.

Бульдозерами можно выполнять следующие работы:

1) разрабатывать выемки и полувыемки на косогорах, а также выем­ки с перемещением грунта в насыпь у нулевых отметок в горной мест­ности;

2) выравнивать рельеф в горной местности для прокладки дорог;

3) разравнивать грунт и строительные материалы;

4) засыпать рвы и канавы;

5) планировать строительные и аэродромные площадки;

6) расчищать площадки и трассы от снега, кустарника, леса и т. д.;

7) устраивать террасы на склонах гор;

8) работать толкачом со скреперами;

9) некоторые конструкции бульдозеров могут выполнять работы в воде при глубине до 1 м.

По мощности двигателя базовых тракторов различают сверхтяже — лые бульдозеры — мощностью более 220 кВт (300 л. с.), тяжелые — 110­220 кВт (150-300 л. с.), средние — 60-108 кВт (81-147 л. с.), легкие 15,5-60 кВт (21-80 л. с.) и малогабаритные до 15,0 кВт (20 л. с.).

Основным параметром, характеризующим работу бульдозера, явля­ется номинальное тяговое усилие по сцеплению Т. Оно определяется по суммарной силе тяжести трактора (тягача) и навесного оборудования Go6 при перемещении бульдозера по плотному грунту и буксовании гусе­ничного трактора не выше 7%, а колесного — не выше 30%, при скорости гусеничных машин 2,5-3, а колесных 3-4 км/ч.

По величине номинального тягового усилия бульдозеры разделя­ются на особо легкие (до 25 кН), легкие (26-75 кН), средние (80-145 кН), тяжелые (150-300 кН), особо тяжелые (свыше 300 кН) .

Процесс работы. В процессе работы бульдозер копает, перемеща­ет и распределяет материал. Чтобы отделить грунт от массива, режущая часть отвала заглубляется в грунт и одновременно бульдозер перемеща­ется вперед. Отделяемый от массива грунт накапливается впереди ножа, образуя призму волочения.

Резание осуществляется, пока призма волочения не достигнет верх­ней кромки отвала. Затем отвал на ходу выглубляется, и бульдозер пере­мещается, передвигая призму волочения к месту разгрузки.

Подъем и опускание отвала производится гидравлическими или канатными механизмами. В бульдозерах с канатным управлением отвал внедряется в грунт под действием собственной силы тяжести отвала и рамы. При этом отвал может принудительно подниматься, опускаться под действием силы тяжести и иметь плавающее положение.

В бульдозерах с гидравлическим приводом отвал внедряется в грунт принудительно в результате усилий, развиваемых гидросисте­мой. Эти усилия могут достигать 40% и более от общей силы тяже­сти трактора.

Изменение положения отвала в горизонтальной и вертикальной плоскостях бульдозеров с поворотным отвалом осуществляется пере­становкой вручную подкосов и поворотом отвала, а на некоторых маши­нах — с помощью гидроцилиндров. Угол резания в мощных бульдозерах иногда изменяется гидравлическим цилиндром.

Рис. 7.6. Общий вид бульдозера: а — с неповоротным отвалом; 6-е поворотным отвалом; 1 — гидроцилиндр; 2 — раскос; 3 ~ отвал; 4 — толкающий брус; 5 — узел крепления толкающих брусьев к ходовой тележке; 6 — шаровой шарнир; 7 — двуплечий раскос; 8 ~ универсальная рама; 9 — палец крепления рамы к ходовой тележке.

Конструкции. Рабочее оборудование бульдозера с неповоротным отва­лом состоит из отвала, толкающей рамы и механизма управления (рис. 7.6).

Отвал представляет собой жесткую сварную конструкцию короб­чатого сечения. Вдоль нижней кромки переднего изогнутого по дуге окружности листа прикреплены ножи. С тыльной стороны отвал усилен ребрами и имеет проушины для присоединения к балкам толкающей рамы. По бокам отвала приварены щеки.

Толкающая рама связывает отвал с базовой машиной и передает ему рабочее усилие. Пространственная жесткость рабочему оборудова­нию придается раскосами, установленными в горизонтальной и верти­кальной плоскостях.

Отвал и толкающая рама легких бульдозеров выполняются, как правило, в виде цельной сварной конструкции.

Длина поворотных отвалов бульдозеров (рис. 7.6, б) обычно боль­ше длины неповоротных. Это объясняется тем, что отвал в повернутом положении должен перекрывать поперечные габариты базовой машины. Его условия работы требуют иного очертания торцов и не допускают установки щек.

Определение сопротивления копанию грунта бульдозером

Рассмотрим вопросы тягового расчета применительно к наиболее распространенному способу работы — лобовому толканию грунта при бестраншейном способе работ.

Объем призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта:

г/ ш2

= ~2к ’ (73)

где L — ширина отвала;

Н — высота отвала с учетом козырька;

knp — коэффициент, зависящий от характера грунта (связности, коэф­фициента рыхления) и от отношения —.

Lj

Этот коэффициент получен в результате обработки эксперимен­тальных данных по производительности бульдозеров. ^

0,3	0,35	0,40	0,45
0,80	0,85	0,90	0,95
1,20	1,20	1,30	1,50

Значения коэффициент knp в зависимости от отношения и вида грунта следующие:

Отношение — 0,15

Связные грунты I—II категории 0,70

Несвязные грунты 1,15

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонталь­ной площадке возникают сопротивления:

Wp — сопротивление резанию;

W — сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом; Wb — сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу;

W — сопротивление перемещению бульдозера;

Wxp — сопротивление трению ножа бульдозера о грунт;

Wp = kLh, (7.4)

где к — удельное сопротивление лобовому резанию в кН/м2; h( — глубина резания во время перемещения призмы грунта. Средние значения к при угле резания а = 45-60’ составляют: Категория грунта, определяемая с помощью ударника ДорНИИ

I 70

II 110

III 170

При перемещении призмы волочения часть ее теряется в боковые валики, поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину h для срезания стружки, восполняющей потери грунта в боко­вые валики. Потери грунта в боковые валики на 1 м пути могут быть оценены коэффициентом кп:

V

к’~Т’ (7.5)

пр

где У — объем грунта в боковых валиках в плотном теле на 1 м пути; V — фактический объем призмы волочения в плотном теле в м3. Коэффициент к зависит от свойств грунта:

для связных грунтов 0,025-0,032

для несвязных грунтов 0,06-0,07

Средняя величина заглубления при транспортировании грунта

к V

А, =-2-2-, (7.6)

е

где е — длинапути транспортирования грунта.

Сопротивление перемещению призмы волочения

= (7.7)

где Gnp — вес призмы волочения в кН; у, — плотность грунта в плотном

теле в кг/м3; ц2 — коэффициент трения грунта по грунту, для связных
грунтов ц2 = 0,5, для несвязных грунтов ц2 = 0,7, максимальное значение ц2 = 1,0; g — ускорение свободного падения.

Сопротивление перемещения грунта вверх по отвалу

W„ = Gnp cos2 8fi}, (7.8)

где <5 — угол резания;

цj — коэффициент трения грунта по металлу:

Песок и супесь ц = 0,35

Средний суглинок /і, = 0,50

Тяжелый суглинок jU, = 0,80

Сопротивление перемещению бульдозера

Wm = Gf, (7.9)

где G — вес трактора и бульдозера в кН; / — коэффициент сопротив­ления перемещению движителей трактора, / = 0,1-0,12.

Сопротивление трению ножа бульдозера о грунт W учитывается в том случае, когда вертикальная составляющая сопротивления копа­нию и собственный вес рабочего оборудования GJt передающийся на грунт, не воспринимаются системой управления и не передаются на ходовую часть бульдозера:

Кр =М,(Я2 + G1) = Ju,(#r’&v + G1), (7 10)

где Rx ий- горизонтальная и вертикальная составляющие результи­рующей силы сопротивления копанию, кН; v — угол наклона результиру­ющей сил сопротивления на отвале в град; при резании и перемещении плотного грунта v = 17°, а разрыхленного грунта v = 0°.

Горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивле­ния копанию

R =k Т, (7.11)

дг m п ’ ‘ ‘

где km — коэффициент использования тягового усилия, km = 0,6-0,8; Тн — номинальная сила тяги.

Высота точки приложения R и Rz определяется: а) при резании и перемещении плотного грунта:

hR = 0Д7Я, (7.12)

где Н — высота отвала без козырька, м; б) при резании и перемещении разрыхленного грунта или при перемещении его в траншее h’R =0,27Н. По суммарному сопротивлению движения

W=w+w + W + W + W (7.13)

p пр в m mp

выбирается соответствующая передача так, чтобы окружное усилие на ведущих колесах тягача или ведущих звездочках гусеничного трактора

Pt>W. (7.14)

При тяговом расчете бульдозеров с поворотным отвалом необходимо

учитывать разложение сил, вызываемое поворотом отвала в плане на угол ср.

Для бульдозера с поворотным отвалом суммарное сопротивление движению

W’ = w;ip+w;p+wxi+w„,+wmp. (7.15)

Здесь

Wp = Wp sinщ Wnp = Wnp sin<p; (7.16) (7.17)

Wt =We sin(p + w;, (7.18)

где W’t — сопротивление трению, возникающему при движении грунта

вдоль отвала, кН.

К =КРЇ2^і^о&(р. (7.19)

При работе бульдозера на подъемах в тяговом расчете необходимо

учесть составляющие от веса бульдозера, которые будут изменять вели­чину Wt.

В этом случае величина Wm определяется по уравнению (7.20)

Wm=G(J±i), (7.20)

іде і — уклон местности в %.

При угле наклона местности а>10° расчет следует производить по более точному уравнению:

W„ =G(fcosa±smcc). (7.21)

Производительность бульдозеров и пути ее повышения. Бульдозер является машиной периодического действия и его про­изводительность определяется по формуле:

n,=Vv — — k.-f мУч, (7.22)

где V — объем призмы, перемещаемой бульдозером за один цикл, м3; Т ~ время цикла бульдозера в мин.; ks — коэффициент использования машины во времени; / — коэффициент заполнения отвала.

Перемещаемый объем призмы волочения зависит от геометрии отвала, наличия боковых закрылков, козырька. Для неповоротных отва­лов V определяется по формуле:

Vnp —^Н■ В■ р м3, (7.23)

где Н — высота отвала в м; В — ширина отвала в м; р — коэффициент, учитывающий профиль отвала.

Рис. 7.7. Схема для расчета заполнения отвала призмой

При формировании призмы волочения часть ее непрерывно ухо­дит в боковые валики, поэтому при транспортировании грунта приходит­ся пополнять призму волочения за счет вырезания стружки небольшой толщины. Форма призмы по ширине отвала неодинакова: боковые верх­ние части отвала не заполнены (рис. 7.7).

Поэтому вводится понятие эффективной ширины отвала, под кото­рой понимается ширина отвала, равномерно заполненная призмой воло­чения.

, (7.24)

где f — коэффициент, учитывающий заполнение боковых частей отвала.

Для отвалов, имеющих боковые закрылки, при значительной тол­щине стружки значение коэффициента /е может приближаться к едини —

це. Если боковых закрылков в бульдозере нет и разработка грунта про­изводится малой толщиной стружки, то коэффициент / равен 0,7.

Для неповоротных отвалов без закрылков значение / приведено в таблице 7.1.

Таблица 7.1.

Значение коэффициента fe заполнения боковой части отвала

Толщина стружки в см	10	20	30
Значение коэффициента fe	0,7	0,8	0,9

Форма профиля отвала также оказывает влияние на объем грунта в призме волочения. На рисунке 7.8 приведены три формы отвала. Профиль отвала типа А имеет постоянный радиус кривизны в нижней части, а в верхней изменяется и принимает параболический профиль. Профиль В имеет в верхней части постоянный радиус, а внизу параболическую форму.

Рис. 7.8 Формы профиля отвала бульдозера: профиль А — посто­янный радиус кривизны; профиль В — парабалическая форма с уменьшением радиуса верхней части; профиль С — параболическая форма с уменьшением в нижней части

Влияние профиля отвала на объем призмы волочения, согласно дан­ным Г. Кюна., приведено ниже.

Таблица 7.2. Значение коэффициента р профиля отвала Форма профиля А В С Значение коэффициента р 0,87 0,92 1,00

Значение коэффициента заполнения отвала для различных типов грунтов и различного профиля отвала приведено в таблице 7.3. Столбец А — коэффициент заполнения отвала автогрейдера. Столбец Б — коэффициент заполнения ковша скрепера.

Столбец С — коэффициент заполнения отвала бульдозера. Столбец D — коэффициент заполнения ковша гусеничных и колес­ных погрузчиков.

Таблица 7.3.

Значение коэффициента / заполнения рабочего оборудования для различных грунтов.

Перемещаемый материал	А	В	С	D
Травяные валки	0,7	0,65	0,80	0,75
Почвенный грунт	1,10	1,00	1,15	1,10
Песок сухой	0,65	0,70	1,10	0,90
Песок влажный	0,90	0,90	1,20	1,05
Гравий	0,75	1,00	1,15	1,10
Суглинок	1,15	1,10	1,10	1,10
Глина твердая	0,80	0,70	0,90	0,80
Мергель	1,00	0,75	1,00	0,90
Скала взорванная	0,55	—	0,75	0,75
Сланец	0,60	—	0,65	0,75

Время цикла Т. Время цикла зависит главным образом от рассто­яния между площадкой загрузки и местом разгрузки, а также от дорож­ных условий и достигаемой при этом скорости движения машины. Ско­рость в значительной степени определяется и условиями работы опера­тора. Время цикла можно разделить на отдельные этапы:

T = tnomi+t„^ (7.25)

где t — постоянная часть времени цикла на загрузку, разгрузку и ре­версирование, с; tnep — переменная часть времени цикла на движение в загруженном и порожнем состоянии.

Постоянная часть времени t ~ это время, затрачиваемое на заг­рузку, разгрузку и включение передачи на два реверсирования.

Время разгрузки оканчивается тогда, когда грунт на площадке раз­грузки распределен или уложен при помощи данного механизма.

Переменная часть цикла обычно имеет маятниковый характер (дви­жение груженого и порожнего) с торможением, разгоном, равномерным движением между пунктами разгрузки и загрузки.

Переменная часть времени tnep включает время, затрачиваемое на движение машины.

(j і V V іаг пер j

^=0,06

мин, (7 26)

где L3ar — путь движения машины в загруженном состоянии, м; L — путь

движения машины в порожнем состоянии, м; V3a|. — средняя скорость движения машины в загруженном состоянии, км/ч; V — средняя ско­рость движения машины в порожнем состоянии, км/ч.

Таблица 7.4.

Значение постоянной части времени

Время на разгрузку Время на 2 поворота	от 0,1 до 0,2 мин. от 0,1 до 0,3 мин.
Постоянная часть времени цикла	от 0,1 до 0,5 мин.

Движение в загруженном состоянии можно разделить на две фазы: копание грунта и его перемещение. Первая фаза характеризуется изме­нением объема грунта перед отвалом и составляет обычно 8-10 м пути. Далее при перемещении грунта для пополнения его объема перед отва­лом (часть грунта уходит в боковые валики), резание грунта происходит с малой толщиной стружки. Движение бульдозера на этом этапе проис­ходит на более высокой скорости с использованием мощности двигателя на 75%. Возвращение машины после разгрузки происходит обычно зад­ним ходом на более высокой скорости.

Средние скорости движения бульдозеров под нагрузкой и в по­рожнем состоянии (в км/ч) приведены ниже.

Характер загрузки	Гусеничный бульдозер	Колесный бульдозер
Движение в загружен­ном состоянии, V3arD	2 до 4	4 до 8
Движение в порожнем состоянии, Vnon	4 до 6	10 до 15

Таблица 7.5. Скорости движения бульдозера

Коэффициент использования k машины по времени зависит от ряда факторов. Главными из них являются техническое состояние машины, (т. к. часть времени она простаивает в ремонте), организация работы на строительной площадке, погодные условия, квалификация и заинтересо­ванность оператора.

Значение коэффициента использования машины во времени приве­дено в таблице 7.6.

Таблица 7.6.

Значение коэффициента Кв использования машин по времени

Оборудование	Условия работы
	хорошие	средние	плохие
Самоходный	0,92	0,83	0,75
скрепер
Бульдозер:
гусеничный	0,95	0,83	0,50
колесный	0,85	0,75	0,45
Погрузчик:
гусеничныи		0,91
колесный		0,85
Автогрейдер		0,80
Транспортное	0,8	0,7	0,55
средство

Пример расчета

Исходные данные. Верхний почвенный слой толщиной 25 см не­обходимо срезать и складировать. Расстояние перемещения 20 м.

Используемое оборудование: гусеничный бульдозер с двигателем мощностью 77 кВ, отвалом шириной В = 3,51 м и высотой Н = 0,97 м,

форма профиля В с боковыми закрылками. Используемая скорость: 1 передача до 3,5 км/ч, 3 передача 12,2 км/ч.

Определение производительности.

Объем перемещаемого грунта перед отвалом.

V -0,5Н2 — Вс-р

Вс= В-fe = 3,51 -0,85 = 2,98м; р = 0,92;

V = 0,5-0,973-2,98-0,92 = 1,30м

Степень наполнения отвала / = 1,1 (таблица 3.3 для почвы).

Т +0,06

Время цикла

, мин.

+

V V

у заг пф

t = 0,4 мин;(таблица 3.4); V = 0,75?3,5=2,63 км/ч; V =0,6-12,2=

ПОСТ / П0Л11 П0Р

= 7,32км/ч (0,6 — степень загрузки двигателя).

= 1,02 мин

— + —

Т =0,4 + 0,06

2,63 7,32

Коэффициент использования машины во времени k = 0,83. Эксплуатационная производительность

n = V-f — — к = 1,30-1,10- — -0,83 = 70 м3/ч Т 1,02

для грунтов в естественном залегании.