Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 07.10.2014

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.