Довідник будівельника Землерійно-транспортні машини
БУЛЬДОЗЕРИ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Бульдозери являють собою навісне обладнання на базовий гусеничний або пневмоколісний трактор (двохосний колісний тягач), що включає відвал з ножами, що штовхає пристрій у вигляді брусів або рами та систему керування відвалом. Основні типи бульдозерних відвалів наведено на рис. 1.
Мал. 1. Основні типи бульдозерних відвалів: 1 – прямий поворотний; 2 - прямий неповоротний; 3 – напівсферичний; 4 – сферичний; 5 – сферичний для сипких матеріалів; 6 - з штовхаючою плитою
Бульдозери класифікують за призначенням, тяговим класом та типом ходового пристрою базових машин, конструкцією робочого органу та типом системи управління відвалом.
За призначенням розрізняють бульдозери загального призначення, що використовуються для виконання основних видів землерийно-транспортних та допоміжних робіт у різних ґрунтових та кліматичних умовах, та спеціальні, що застосовуються для виконання цільових робіт у специфічних ґрунтових чи технологічних умовах. До останніх відносяться бульдозери-штовхачі, підземні та підводні бульдозери. Залежно від тягового класу базових машин бульдозери поділяють на малогабаритні (клас до 0,9), легкі (класів 1,4.4), середні (класів 6.15), важкі (класів 25.35) та надважкі (класи понад 35). ). За типом ходового пристрою бульдозери поділяються на гусеничні та пневмоколісні. По конструкції робочого органу розрізняють бульдозери з неповоротним у плані відвалом, постійно розташованим перпендикулярно до поздовжньої осі базової машини, і з поворотним відвалом, який може встановлюватися перпендикулярно або під кутом до 53° в обидві сторони до поздовжньої осі машини. За типом системи управління відвалом розрізняють бульдозери з гідравлічним та механічним (канатно-блочним) керуванням. Приканатно-блокової системи управління підйом відвалу здійснюється зубчасто-фрикційною лебідкою через канатний поліспаст, опускання - під дією власної сили тяжіння відвалу. При гідравлічній системі управління підйом і опускання відвалу здійснюються примусово одним або двома гідроциліндрами двосторонньої дії. Бульдозери з механічним управлінням нині промисловістю не випускаються.
Робочий цикл бульдозера (рис.2) наступний: при русі машини вперед відвал за допомогою системи управління заглиблюється в грунт, зрізає ножами шар грунту і переміщає перед собою грунтову призму, що утворилася, волоком по поверхні землі до місця розвантаження; після відсипання ґрунту відвал піднімається у транспортне положення, машина повертається до місця набору ґрунту, після чого цикл повторюється. Максимально можливий обсяг призми волочіння сучасні бульдозери набирають ділянці довжиною 6. 10 м. Економічно доцільна дальність переміщення ґрунту вбирається у 60..80 м для гусеничних бульдозерів і 100. 140 м для пневмоколісних машин.
Мал. 2. Схеми роботи бульдозера при розробці ґрунтів: а - різання; б - транспортування із підрізанням; в - відсипання; г - відкат назад (холостий хід)
Переважне поширення набули гусеничні бульдозери, що володіють високими тяговими зусиллями та прохідністю. Чим вище тяговий клас машини, тим більший обсяг земляних робіт вона здатна виконувати та розробляти міцніші ґрунти.
До основних параметрів бульдозерного обладнання (рис. 3) відносяться висота без козирка Н і довжина відвалу (м), радіус кривизни відвалу, основний кут різання?, Задній кут відвалу?, Кут загострення ножів?, Кут перекосу відвалу? і кут повороту (у поворотних машин) відвалу в плані? (град), висота підйомувідвалу над опорною поверхнею h1 і глибина опускання відвалу нижче опорної поверхні h2 (м), напірне Т і вертикальне зусилля Р на ріжучій кромці (кН), швидкості підйому vп і опускання vo відвалу.
Мал. 3. Схеми пристроїв та основні параметри бульдозерів: а – з поворотним відвалом; б – з неповоротним відвалом; в - поперечний перекіс відвалу
Відвал бульдозера є жорсткою звареною металоконструкцією з лобовим листом криволінійного профілю. Уздовж нижньої кромки відвалу кріпляться змінні дволезові ріжучі ножі (два бічні та середні), наплавлені зносостійким сплавом. У середині верхньої частини відвалу є козирок, що перешкоджає пересипанню ґрунту через верхню кромку.
Для збільшення продуктивності бульдозера при роботі на легких ґрунтах на його відвал встановлюють з обох кінців змінні уширювачі, відкрилки та подовжувачі. Для зменшення втрат ґрунту під час його транспортування сучасні неповоротні гусеничні бульдозери обладнують сферичними та напівсферичними відвалами.
Конструктивні особливості неповоротних та поворотних бульдозерів.
У бульдозера з неповоротним відвалом (рис. 4) відвал 1 кріпиться за допомогою універсальних шарнірів 8 до штовхаючого пристрою у вигляді двох брусів 7 коробчатого перерізу, задні кінці яких з'єднані за допомогою упряжних шарнірів 8 з балками 5 ходового пристрою базового трактора 4. Шарні повертатися у вертикальній та горизонтальній площинах при перекосі відвалу. Підйом та опускання відвалу здійснюються за допомогою двох гідроциліндрів подвійної дії 3, штоки яких шарнірно прикріплені до відвалу через кронштейни. Відвал у робочому положенні утримують гідророзкіс 2 і жорсткий гвинтовий розкіс 10, які встановлені в площинах відповідно лівого іправого брусів, що штовхають. Навантаження між брусами, що штовхають, рівномірно розподіляється механізмом 9 компенсації перекосу, що забезпечує стійкість відвалу в горизонтальній площині.
Мал. 4. Бульдозер із неповоротним відвалом
Гідророзкіс здійснює перекіс відвалу в поперечній площині шляхом повороту його на кут до + 12° і є гідроциліндром подвійної дії з гідрозамком, який включений в гідросистему трактора. Гвинтовий розкіс служить для механічної зміни кута різання ножів.
У поворотного бульдозера (рис. 5) відвал 1 монтується на універсальній штовхаючій рамі 7, що охоплює зовні трактор 4 і складається з двох жорстко з'єднаних між собою напіврам прямокутного перерізу. Рама кріпиться до ходових візків трактора за допомогою упряжних шарнірів 5. На рамі замість відвалу може бути встановлено різне змінне обладнання з гідравлічним управлінням - кущоріз, древовал, корчувальник-збирач, плужний снігоочисник та ін. Поворотний відвал з'єднаний з рамкою штовхає і двох бічних штовхачів 8 з гвинтовими розкосами 2, що забезпечують різне положення відвалу щодо рами. При однаковій зміні довжини розкосів середнього положення регулюють кут різання ножів. Кут поперечного перекосу відвалу у вертикальній площині регулюється шляхом зміни міжцентрової відстані вушок розкосів.
Мал. 5. Бульдозер із поворотним відвалом
Відвал може бути встановлений у плані під кутом? в обидві сторони від поздовжньої осі машини та під прямим кутом до неї. Для установки відвалу в три положення (пряме, праве і ліве) на верхній полиці кожної напіврами встановлені три опорних кронштейна 6, в яких шарнірно кріпляться штовхачі. На скошеній частині напіврам встановленокронштейни 9 для кріплення гідроциліндрів 3 підйому-опускання відвалу. У деяких моделей бульдозерів зміна кута повороту відвалу в плані та регулювання кута перекосу відвалу здійснюються за допомогою гідроциліндрів.
Експлуатаційна продуктивність, м 3 /год, бульдозера при різанні та переміщенні ґрунту
де Vгр - геометричний обсяг призми волочіння ґрунту попереду відвалу, м 3 ;
де, Н - відповідно довжина і висота відвалу; кп - коефіцієнт, що враховує, втрати ґрунту, при транспортуванні, кп = 1 - 0,005 lп; ? - Кут природного укосу ґрунту в русі (35. 45 °); кр - коефіцієнт розпушування ґрунту (1,1.-1,3); кy - коефіцієнт, що враховує вплив ухилу місцевості на продуктивність (при роботі на підйомах від 5 до 15% ку зменшується від 0,67 до 0,4, при роботі на ухилах від 5 до 15% ку збільшується з 1,35 до 2,25 ); кв - коефіцієнт наповнення геометричного обсягу призми волочіння ґрунтом (0,85. 1,05); кв – коефіцієнт використання бульдозера за часом (0,8. 0,9); Тц - тривалість циклу, с,
де Lp, lп і lo = lр + lп - довжини відповідно ділянок різання, переміщення ґрунту та зворотного ходу бульдозера, м;
де А = Вh - площа шару грунту, що зрізається, м 2 ; h - середня товщина шару, що зрізається; vр , vп ,v0 - швидкості трактора при різанні, переміщенні ґрунту та зворотному ході, м/с; tП - час перемикання передач протягом циклу, tп -= 15. 20 з.
Різання ґрунту проводиться на швидкості 2,5. 4,5 км/год, переміщення ґрунту - на швидкості 4,5. 6 км/год.
Експлуатаційна продуктивність бульдозера, м/год, з поворотним відвалом при планувальних роботах
де l - Довжина запланованої ділянки, м; ? - Кут установки відвалу в плані, град; 0,5 – величина перекриття проходів, м; n - число проходів по одномумісцю; v – швидкість руху бульдозера, м/с.
Повний опір руху бульдозера, кН,
де F1 - опір руху бульдозера з трактором, кН,
де Gб – вага бульдозера з трактором, кН; f - коефіцієнт опору руху трактора ґрунтом (0,1. 0,15); i = tg? - Ухил шляху; ? - Кут нахилу шляху руху бульдозера до горизонту, град; знак плюс приймається під час роботи на підйом, мінус - під час роботи під ухил; F2 - опір ґрунту різання, кН:
де Rр - питомий опір ґрунту різання, кПа (див. табл. 1 розділ "Загальні відомості"); F3 - опір волоченню призми ґрунту попереду відвалу, кН:
де? - щільність ґрунту, т/м 3 (див. табл. 1 розділ «Загальні відомості»); g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м • з -2; ?1 - коефіцієнт тертя ґрунту по ґрунту (?1 = 0,4. 0,8, причому менші значення для вологих та глинистих ґрунтів); F4 - опір тертю ґрунту по відвалу, кН:
де? - Кут різання, град (50. 55 °); ?2 - коефіцієнт тертя ґрунту по сталі (?2 = 0,35. 0,5 - для піску, ?2 = 0,5. 0,6 - для супісків та суглинку, ?2 = 0,7. 0,8 - для глини).
Бульдозер перебуває в русі без пробуксовування за умови, що тріска сила тяги Fсц більше окружного зусилля Fo на провідній зірочці рушія і більше загального опору пересування F?, тобто Fсц > Fo > F?.
Зчіпна сила тяги, кН:
де? - Коефіцієнт зчеплення рушія з опорною поверхнею, ? = 0,7.. .0,9.