Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1. Назначение, общее устройство и принцип работы машины

1.1 Назначение машины

Бульдозер - это универсальная землеройно-транспортная машина, оборудованная отвалом криволинейной формы, закрепленном на раме, и предназначенная для выполнения различных строительных работ.

Бульдозером выполняют значительные объемы работ в мелиоративном строительстве при сооружении оросительных и осушительных каналов, отсыпке дамб и насыпи полотна дорог, капитальной и эксплуатационной планировке мелиорируемых земель, строительстве прудов, разработке котлованов насосных станций. Иногда бульдозеры могут быть использованы для проведения вскрышных работ. Конструктивная форма и габариты бульдозера определяются типом, размерами и мощностью базовой машины, а также видом выполняемых работ. Базовой машиной для бульдозера могут быть колесные и гусеничные трактора. Иногда бульдозером могут быть оборудованы автомобили, предназначенные для снегоуборочных работ.

Бульдозер Т-330 - марка тяжелого промышленного бульдозера, выпускаемого Чебоксарским заводом промышленных тракторов с 1975 года. Трактор Т-330 первый в СССР имел переднее расположение кабины, что улучшало машинисту обзор бульдозерного оборудования. Такое решение применяется на тракторах сравнительно редко. Бульдозер имеет гидромеханическую трансмиссию, осуществляющую переключение передач без разрыва крутящего момента. Кабина трактора герметичная, снабженная системой вентиляции, отопления и воздухоочистки, а в модификации для южных районов ещё и кондиционером. Бульдозер Т-330 предназначен для тяжелых землеройных и транспортных работ больших объемов в строительстве, мелиорации, в нефтяной, газовой, горнодобывающей промышленности и строительстве в районах с умеренным и холодным климатом. Бульдозер Т-330Р1-01 на базе трактора Т-330 оснащают однозубым или трезубым рыхлителем. В сочетании с поперечным перекосом отвала это позволяет разрабатывать прочные и мёрзлые грунты.

1.2 Общее устройство машины

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудование которых широко унифицированы.

Рисунок 1. - Схема общего устройства бульдозера Т-330:

1 - толкающие брусья; 2 - отвал; 3-гидроцилиндры поворота отвала;

4-гидроцилиндры подъёма отвала; 5-кабина, 6-кранштейн крепления;

7-тяга; 8-гидроцилиндр; 9-рабочая балка с зубьями рыхлительного

оборудования; 10-рыхлительные зубья; 11-нижняя тяга; 12-кранштейн

крепления

Таблица 1. -Техническая характеристика трактора Т-330

Бульдозер	На базе гусеничного трактора Т - 330
Номинальное тяговое усилие, кгс	25000
Масса трактора конструктивная, кг	25000
Удельная металлоемкость, кг/л.с.	76
Число передач:
..вперед	3
..назад	3
Диапазон скоростей, км/ч:
..вперед	4,92 - 18,56
..назад	4,10 - 15,5
Колея, мм	2400
База, мм	3410
Дорожный просвет, мм	488
Удельное давление на почву, кгс/см2	0,52
Марка двигателя	8ДВТ-330
Тип двигателя	8-цилиндровый, четырехтактный, V - образный с турбо-наддувом, воздушного охлаждения
Номинальная мощность при 1700 об/мин, л.с.	330
Запас крутящего момента, %, не менее	16
Удельный расход топлива двигателя, г/э. л. с. ч.	175
Диаметр цилиндра, мм	150
Ход поршня, мм	160
Рабочий объем цилиндров, л	22,6
Масса двигателя, кг	1650
Емкость топливного бака, л	530
Пуск двигателя	пусковым двигателем или электростартером

Наиболее распространены бульдозеры с неповоротным отвалом, с поворотным отвалом, бульдозеры-рыхлители, а также бульдозеры-погрузчики.

Двигатель бульдозера дизельный, четырехтактный, 8-цилиндровый с воздушным охлаждением. Применение воздушного охлаждения позволило эксплуатировать трактор как при низких температурах наружного воздуха (до ?45 градусов), так и при повышенных (до +40 градусов).

Гидромеханическая трансмиссия позволяет эффективно использовать мощность двигателя при любой скорости движения бульдозера, в том числе развивать максимальную тягу в режиме упора. Коробка передач бульдозера обеспечивает независимый привод каждой гусеницы с возможностью её реверсирования, что позволяет выполнять развороты в стесненных условиях. Гидротрансформатор у бульдозера Т-330 создан на базе аналогичного узла тепловоза ТГМ1.

1.3 Принцип работы машины

Рабочий цикл бульдозера включает следующие операции: опускание отвала в требуемое положение, резание и набор грунта, перемещение грунта, укладка грунта, передвижение бульдозера в исходное положение.

Основной операцией цикла является резание и набор грунта. Ее осуществляют при прямолинейном движении бульдозера на первой передаче при угле резания 55-60° - на легких грунтах и планировочных работах и 45-55° - на плотных грунтах, применяя наиболее целесообразные способы срезания стружки в зависимости от категории грунтов и видов работ. Так, на планировочных работах при наборе грунта под уклон применяют способ постоянной толщины стружки (прямоугольный). На глинистых грунтах стружку срезают переменной толщины клиновым или гребенчатым способом. Последний способ срезания стружки применяют и при разработке супесчаных грунтов.

Принцип работы бульдозера: Отвал бульдозера, в зависимости от типоразмера машины, опускают на 50 - 200 мм ниже опорной поверхности. При движении машины вперед, заглубленный отвал начинает резать стружку установленной толщины. После того как перед отвалом образуется призма грунта, его транспортируют на расстояние, одновременно выполняется подрезка материала. Транспортировка выполняется при переднем ходе. Подрезание материала компенсирует потери грунта, который высыпается в боковые валики из призмы. При подходе к месту отсыпки, отвал поднимается оператором.

Машина при этом не прекращает движение. Призма грунта ссыпается, образуя при этом штабель. Затем бульдозер задним ходом, с поднятым отвалом, откатывается в исходное положение для повторения всех операций заново.

Планировочные работы на горизонтальных площадях (срезание небольших холмов, гребней, бугров и засыпание понижений, ям и канав) осуществляют несколькими проходами бульдозера. Схемы движения бульдозера выбирают применительно к рельефу и размерам планируемой площади. Первые проходы осуществляют последовательно один за другим, а последние - со смещением на 3/4 ширины отвала, чтобы исключить появление валиков. Окончательную чистовую планировку проводят при наполнении отвала грунтом на 1/2 - 2/3 его высоты. Это позволяет легко срезать выступы и заполнить грунтом понижения. Отделку поверхности рекомендуется вести при заднем ходе бульдозера и «плавающем» положении отвала. Высокая точность планировки обеспечивается при движении бульдозера взаимно перпендикулярными проходами.

2. Рабочие органы машины

Рабочим органом бульдозера является отвал. Отвал предназначен для отделение стружки грунта от общего массива, накатывание и перемещение грунта по поверхности земли. Для бульдозера характерен четыре вида отвала: поворотный, неповоротный, полусферический и сферический.

Рисунок 2. - Рабочие оборудование бульдозера Т-330:

1 - вертикальная связь; 2 - козырек; 3 - крышка; 4 - гнездо;

5, 7 - крайние ножи; 6 - средний нож; 8 - уголок верхней коробки

жесткости; 9 - проушина; 10 - пальцы крепления раскоса и толкателя;

11 - лобовой лист; 12 - нижняя коробка жесткости

Таблица 2. - Бульдозерное оборудование трактора Т-330

Тип отвала	Полусферический (SU)
Ширина отвала, мм	4 860
Высота отвала, мм	1 820
Объем призмы волочения, м3	13
Максимальный подъем отвала, мм	1 530
Наибольшее заглубление отвала, мм	650
Угол поперечного перекоса отвала в каждую сторону, град.	12
Масса, кг	7030

Благодаря своей универсальности, полусферический отвал (Semi-U образный отвал, универсальный отвал) является самым распространенным типом отвала. Он сочетает в себе высокую проникающую способность неповоротного отвала и повышенную допустимую нагрузку, которая достигается за счет коротких створок, состоящих только из угловых ножей отвала.

Рисунок 3. - Основные виды дополнительного сменного оборудования

к бульдозерам с неповоротным отвалом

Отвальная поверхность полусферического или полууниверсального отвала состоит из одной центральной и двух боковых секций с цилиндрической поверхностью. Центральная секция занимает 40% и более площади отвала, а края боковых секций выступают вперед не более, чем на 20% расстояния между их краями. Угол между ножами боковых секций в плане не меньше 150°. Боковые секции с краев закрыты боковыми косынками с вертикальными ножами. Косынки повышают его накопительную способность, а ножи облегчают нарезку траншей и позволяют работать с перекосом. По накопительной способности и прочности разрабатываемых грунтов полусферический отвал занимает промежуточное положение между прямым и сферическим.

Ходовая часть имеет качающуюся поперечную балку, подрессоренные опорные катки и направляющие колеса. Трактор оборудован электрогидравлической системой управления, в том числе землеройным оборудованием. Бульдозерное оборудование включает неповоротный отвал, толкающие брусья, гидрораскос, винтовой раскос, две диагональные тяги, гидрооборудование, механизм компенсации перекоса, узлы и детали соединения.

Отвал сварной коробчатого сечения с козырьком в верхней части. В нижней усиленной части крепятся средние, правый и левый крайние ножи. Средние ножи имеют два ряда отверстий для перестановки по мере износа. При полном износе ножи переворачивают. Горизонтальные раскосы шарнирно закреплены на толкающих брусьях и соединены друг с другом в центральной части отвала посредством механизма компенсации перекоса. Соединение раскосов с осью выполнено втулками, а свободный конец оси механизма - с отвалом, посредством серьги.

Толкающие брусья имеют равнопрочное сечение по длине, с наружной стороны усилены износостойкими накладками. Шаровые опоры выполнены со сферическими втулками. Каждый брус соединен с отвалом крестовиной с двумя взаимно перпендикулярными пальцами. Гидроцилиндр перекоса отвала и винтовой раскос имеют пальцы со сферическими втулками.

Винтовой раскос и гидрораскос обеспечивают регулировку угла резания ножей. Гидрораскос состоит из гидроцилиндра с гидрозамком и предохранительного гидроклапана. Гидрозамок предназначен для предотвращения переливания рабочей жидкости из полостей гидроцилиндра в гидросистему. Подвод рабочей жидкости осуществляется по трубопроводам и рукавам высокого давления.

2.1 Прямой неповоротный отвал

Прямой отвал или отвал для общих бульдозерных работ используется практически на любых бульдозерных работах. Он наиболее эффективен при разработке грунтов нормальной и повышенной прочности. Имеет наибольшие значения удельной мощности и тяги на режущей кромке, быстро заглубляется в грунт и быстро наполняется.

Прямой неповоротный отвал, по конструкции похожий на отвал с регулируемым перекосом и с аналогичными функциями, но на нем не установлен цилиндр перекоса.

Отвал имеет большую мощность длину режущей кромки, обладает большой проникающей способностью. Он также имеет большую мощность вместимость, что упрощает работу с большими нагрузками. Прочность конструкции делает его пригодным для силового резания и перемещения грунта, особенно для резания тяжелых скальных пород.

Рисунок 4. - Прямой неповоротный отвал

2.2 Поворотный отвал

Поворот и перекос отвала можно осуществлять с сиденья оператора. Данный вид отвала применяется для различных видов работ (например, для профилирования и засыпки траншей, разравнивания поверхностей и подготовки стройплощадок).

Отвалы с регулируемыми углами поворота и перекоса (РАТ), которые имеют 6 степеней свободы (шестипозиционные отвалы). Это универсальные отвалы, способные изменять и поперечные, и продольные углы установки отвала, прикрепляемые шарнирно к П-образной толкающей раме.

По форме это прямой отвал, примерно таких же габаритов, только без боковых щек. Он предназначен для профилировочных и планировочных работ небольшого объема бульдозерами малого класса тяги.

Рисунок 5. - Поворотный отвал

2.3 Сферический отвал

Сферический отвал (U-образный отвал, универсальный отвал) обладает хорошей накопительной способностью, поэтому он применяется для перемещения больших масс грунта на значительные расстояния, планировки больших площадей, мелиорации, отвала грунта, штабелирования сыпучих материалов, загрузки бункеров с эстакад и др. Отвал малоэффективен при копании грунтов категории II и выше, так как из-за длинной режущей кромки плохо заглубляется. Выпускаются сферические отвалы повышенной (на 30-70%) вместимости для перемещения очень легких материалов, таких как снег, древесная щепа, уголь, торф и т. п.

Отвальная поверхность сферического или универсального отвала состоит из одной центральной и двух боковых секций с цилиндрической поверхностью. Центральная секция занимает не более 40% площади отвала, а края боковых секций, расположенных в плане под тупым углом к центральной, выступают вперед на 20-40% расстояния между их краями. Угол между ножами боковых секций в плане не превышает 150°.



Рисунок 6. - Сферический отвал

Благодаря своей универсальности, полусферический отвал (Semi-U образный отвал, универсальный отвал) является самым распространенным типом отвала. Он сочетает в себе высокую проникающую способность неповоротного отвала и повышенную допустимую нагрузку, которая достигается за счет коротких створок, состоящих только из угловых ножей отвала.

Отвальная поверхность полусферического или полууниверсального отвала состоит из одной центральной и двух боковых секций с цилиндрической поверхностью. Центральная секция занимает 40% и более площади отвала, а края боковых секций выступают вперед не более, чем на 20% расстояния между их краями. Угол между ножами боковых секций в плане не меньше 150°. Боковые секции с краев закрыты боковыми косынками с вертикальными ножами. Косынки повышают его накопительную способность, а ножи облегчают нарезку траншей и позволяют работать с перекосом. По накопительной способности и прочности разрабатываемых грунтов полусферический отвал занимает промежуточное положение между прямым и сферическим.

Рисунок 7. - Полусферический отвал

3. Технологические схемы проведения работ

Операции, выполняемые бульдозером. Перед тем как приступить к работе, машинист бульдозера совместно с бригадиром или прорабом участка должен ознакомиться с рельефом местности, состоянием и особенностью грунтов, объемами предстоящих работ, а также с технической документацией о возможном наличии подземных коммуникаций (кабелей, трубопроводов и др.). Все это необходимо, чтобы наилучшим образом использовать имеющиеся уклоны местности и выбрать наиболее производительные и экономичные способы работы в данных условиях.

Разработка грунта бульдозером начинается с операций зарезания и набора грунта. Для эффективной работы бульдозера тяговое усилие трактора, на котором смонтировано бульдозерное оборудование, должно быть переменным, близким к максимальному, которое сначала расходуется на зарезание и снятие стружки, а затем на перемещение призмы волочения грунта отвалом. Начинать зарезание следует при максимальном заглублении отвала h, уменьшая это заглубление по мере образования перед отвалом достаточного количества грунта. Стружка зарезания при этом получает форму клина.

Рабочий цикл бульдозера (рис. 8) следующий: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6...10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60..80 м для гусеничных бульдозеров и 100... 140 м для пневмоколесных машин.



Рисунок 8. - Схемы работы бульдозера при разработке грунтов:

а - резание; б - транспортирование с подрезанием; в - отсыпка;

г - откат назад (холостой ход)

Рисунок 9. - Клиновидная форма стружки грунта

При разработке тяжелого грунта сопротивления резанию могут быть настолько значительными, что из-за снижения числа оборотов двигателя трактора потребуется выглубление отвала даже при недостаточном наборе грунта перед ним.

В этом случае следует повторить заглубление отвала, как только двигатель трактора наберет нормальные обороты, причем повторение может быть многократным. Стружка зарезания при этом будет иметь гребенчатую форму.

Рисунок 10. - Гребенчатая форма стружки грунта

При гребенчатом зарезании трехкратного заглубления для средних грунтов и средних классов по тяговому усилию базовых тракторов рекомендуются следующие размеры стружек:

h₁=25ч20 см

l₁=3ч3,5 м.

h₂=20ч12 см

l₂=2ч2,5 м.

h₃=12ч10 см

l₃=1,5ч2 м.

Для бульдозеров с базовыми тракторами других классов по тяговым усилиям (меньших или больших) размеры снимаемых стружек грунта соответственно будут меньшими или большими.

Для легких грунтов, когда тяговые усилия трактора, как правило, недоиспользуются, грунт разрабатывается при постоянной максимальной глубине стружки h. Стружка зарезания при этом получается ленточной.

Рисунок 11. - Ленточная форма стружки грунта

Длина участка зарезания L и время набора грунта перед отвалом будут минимальными. Ленточное зарезание применяется, когда заглубление по условиям производства требуется относительно небольшим, например, при снятии растительного слоя. Заглубление отвала в этом случае не превышает 10-15 см. Для разработки грунта такой способ зарезания не рекомендуется.



Рисунок 12. - Ленточная форма стружки грунта

Наиболее производительным является зарезание с образованием стружки клиновидной формы. Однако этот способ в ряде случаев не может быть применен. Так, в твердых и пересохших грунтах, особенно если бульдозер оборудован канатно-блочной системой управления, нож отвала часто не погружается в грунт на требуемую глубину. В этих случаях резание следует выполнять по гребенчатой схеме.

Когда позволяет рельеф местности, следует разрабатывать грунты бульдозерами под уклон, так как это значительно повышает их производительность. При работе под уклон увеличивается сила тяги машины, уменьшается сопротивление перемещению грунта и увеличивается его объем перед отвалом. При разработке грунта на подъем наблюдается обратное явление - сила тяжести машины и перемещаемого грунта значительно снижает силу тяги трактора, соответственно объем перемещаемого отвала грунта резко уменьшается.

Увеличение производительности бульдозеров при работе под уклоном по сравнению с работой на горизонтальном участке характеризуется следующими средними показателями:

* На горизонтальных участках - 100%

* На участках с уклоном 10% - 150-200%

* На участках с уклоном 20% - до 250%

* На участках с подъёмом 10% - 60-70%

Увеличение тягового усилия при работе под уклон позволяет вести зарезание грунта более мощной ленточной или клиновой стружкой на несколько меньшей скорости, в результате чего путь и время зарезания и набора грунта сокращаются, а производительность увеличивается. При работе под уклон наиболее часто применяют прямое зарезание с полузарезанием стружки ленточной формы, при которой первоначальная максимально возможная толщина стружки может быть выдержана на всем пути набора грунта. Это обеспечивается тем, что в результате увеличения развиваемого трактором бульдозера тягового усилия и уменьшения сопротивления грунта при перемещении его под уклон объем грунта перед отвалом увеличивается не менее чем на 50%. Бульдозер может работать на участках с уклоном до 30°, двигаясь при зарезании грунта сверху вниз и поднимаясь в гору задним ходом, без поворота, особенно на коротких участках.

На операции по зарезанию и набору грунта при работе бульдозером в среднем затрачивается 12-18 с. При разработке наиболее часто встречающихся грунтов (II-III групп) рекомендуется ступенчатый способ зарезания с получением отделяемых от массива грунта стружек (пластов) гребенчатой формы.

Для повышения производительности бульдозера при зарезании и наборе грунта машинист должен стремиться к использованию всей длины ножа.

Операции по перемещению грунта к месту укладки начинают сразу же по окончании набора его перед отвалом, причем выполняют на II и III передачах базовой машины. При перемещении грунт осыпается по краям отвала, вследствие чего получаются значительные потери. Во избежание потерь и в целях повышения производительности бульдозера грунт перемещают двумя способами - по траншее в грунте.

Рисунок 13. - Схема перемещения грунта по траншее

И по траншее, образованной из валов грунта, осыпавшегося во время предыдущих проходов бульдозера.

Рисунок 14. - Схема перемещения грунта по траншее образованная из

валов грунта

Для получения траншей в грунте зарезание выполняют бульдозером по одному и тому же следу несколько раз. В результате получается траншея глубиной 30-60 см с валиками по бокам до 20-30 см. Объем грунта, перемещаемого по траншее за один проход бульдозера, увеличивается в среднем на 20%. Когда траншею в грунте получить почему-либо невозможно (разработка песчаных, супесчаных, насыпных грунтов), грунт перемещают по одному и тому же следу несколько раз, в результате чего из осыпающегося по краям отвала грунта образуются валики, между которыми получается траншея. Высота валиков при этом может достигать 30-60 см, что в дальнейшем при разработке и перемещении грунта почти полностью исключает его потери. Для того чтобы обеспечить постоянный объем грунта перед отвалом при перемещении грунта без траншеи, целесообразно небольшое заглубление отвала - на 1-2 см. Объем земляных работ, выполняемый бульдозерами траншейным способом, достигает 60% от всего объема выполняемого этими машинами.

Для уменьшения потерь грунта отвал бульдозера часто оборудуют открылками, которые позволяют значительно увеличить объем грунта, перемещаемого перед отвалом за один цикл, а это дает возможность примерно в 1,25-1,5 раза повысить производительность бульдозера. Применение козырьков исключает возможность пересыпания грунта через верх отвала. К недостаткам бульдозеров, отвалы которых оборудованы открылками и другими уширителями, относится уменьшение их маневренности. Поэтому такие бульдозеры целесообразно применять при работе в нестесненных условиях и преимущественно на планировочных работах.

В целях увеличения производительности бульдозеров при перемещении грунта нередко применяют работу двух спаренных бульдозеров. Этот способ требует более высокой квалификации машинистов, так как работа двумя спаренными бульдозерами должна быть более слаженной и согласованной.

Для спаренной работы бульдозеры устанавливают рядом с интервалом между внутренними щеками отвалов 0,25-0,5 м в зависимости от характера перемещаемого грунта. Для грунтов I-II категорий интервал не должен быть больше 25 см, а для грунтов III-IV категорий, т. е. комковатых, этот интервал может быть увеличен до 0,5 м. Ширина перемещаемого вала грунта при спаренной работе бульдозеров достигает 6,0-7,0 м, а потери грунта в пути уменьшаются вдвое, так как грунт; теряется только с наружного края каждого из отвалов. Объем грунта, перемещаемый спаренными отвалами, на 15 - 20% больше объема грунта, перемещаемого за один прием двумя бульдозерами, работающими отдельно.

Применяют также способ перемещения грунта в два этапа, обеспечивающий увеличение производительности до 10%. При этом способе разрабатываемый грунт сначала перемещают до половины пути и оставляют в куче - I этап. По мере накопления грунта в куче (до 100-200 м3) бульдозер перемещает его до места укладки - II этап (рис. 3.15 а) Этот способ разработки обеспечивает меньшие потери грунта в пути и более высокую производительность бульдозера по сравнению с разработкой и перемещением грунта в один этап.



Рисунок 15. - Схема перемещения грунта в два этапа

Такой же эффективности можно добиться, применяя способ перемещения грунта с одним или двумя промежуточными валами. Перемещение грунта с одним промежуточным валом заключается в том, что машинист, разрабатывая выемку или карьер траншейным способом, перемещает грунт при первом зарезании только на 1/2 или 1/3 часть пути. При втором зарезании набранный перед отвалом грунт перемещается к месту укладки, при этом по пути захватывается также грунт, оставленный от предыдущего зарезания.

Рисунок 16. - Схема перемещения грунта с одним промежуточным

валом

В такой же почти последовательности перемещают грунт с двумя промежуточными валами с той лишь разницей, что машинист первый набор грунта перед отвалом перемещает на 3/4 пути до места укладки, а второй набор - на 1/2 пути; потом при третьем наборе грунта и перемещении его к месту укладки машинист захватывает отвалом бульдозера также грунт, оставленный за первые два прохода.



Рисунок 17. - Схема перемещения грунта с двумя промежуточными

валами

Операции по укладке перемещаемого грунта могут выполняться различными способами. Наиболее распространены способ послойного размещения.

Рисунок 18. - Схема послойного размещения грунта

И способ накапливания отдельными кучами с последующей планировкой

Рисунок 19. - Схема размещения грунта кучками

При укладке грунта отвал бульдозера во время движения поднимают на высоту 15-20 см, и грунт отсыпается ровным слоем. При этом уложенный грунт предварительно уплотняется гусеницами трактора, в последующем окончательно уплотняется катками или трамбующими машинами. Этот способ называется укладкой слоем «от себя».



Рисунок 20. - Схема укладки грунта «от себя»

При другом способе послойной укладки - укладке слоем «на себя» машинист, доставив грунт к месту укладки и не останавливая бульдозера, быстро поднимает отвал и на 1,0-1,5 м продвигается вперед, после чего останавливает машину, опускает на грунт отвала переключает заднюю скорость и, двигаясь задним ходом, тыльной стороной отвала разравнивает доставленный грунт.

Рисунок 21. - Схема укладки грунта «на себя»

Применяется способ укладки грунта кучами - отдельными, в полу прижим и прижим. При укладке грунта отдельными кучами их доставляют к месту укладки и отсыпают на таком расстоянии, чтобы подошвы их откосов касались друг друга.

Рисунок 22. - Схема укладки грунта кучками в прижим

При укладке грунта в полу прижим вторую и последующие кучи при отсыпке надвигают на нее отсыпанные так, что расстояние между вершинами куч примерно равно их высоте.



Рисунок 23. - Схема укладки грунта кучками в полу прижим

При укладке грунта в прижим расстояние между вершинами отсыпаемых куч должно быть 0,5-0,75 их высоты.

При укладке грунта отдельными кучами высота их равна примерно 0,6-0,7 м, после разравнивания (планировки) получается слой толщиной около 0,25-0,30 м. При укладке грунта в полу-прижим высота равна 0,7-0,9 м, после их разравнивания получается слой толщиной 0,5-0,6 м. При укладке грунта в прижим высота куч достигает 1,0-1,2 м; после их разравнивания получается слой до 0,6-0,8 м.

После завершения операции по освобождению отвала от грунта машинист возвращает бульдозер в исходное положение - выполняет холостой ход. В зависимости от дальности перемещения грунта машина возвращается в исходное положение задним ходом (без разворота машины или передним ходом (с разворотом машины). При перемещении грунта более чем на 50 м и широком фронте работ, когда имеется возможность свободного разворота машины в месте укладки и в месте резания грунта, холостой ход бульдозера выполняют передним ходом на IV передаче. При перемещениях грунта менее чем на 50 м холостой ход бульдозера выполняют задним ходом на III-IV передачах.

Основные схемы выполнения работ бульдозерами. К основным схемам выполнения работ бульдозерами относятся прямая и боковая разработки грунта, разработка грунта ступенями, срезка возвышенностей (холмов, бугров), засыпка оврагов, ям, траншей и пазух, планировка площадок, срезка откосов в выемках, возведение насыпей, устройство каналов при поперечном перемещении грунта.

При прямой разработке грунта бульдозер, двигаясь по прямой линии, срезает и перемещает грунт к месту отсыпки, после чего, под отвал, возвращается задним ходом в исходное положение. Грунт разрезают и перемещают до тех пор, пока он не будет выбран на требуемую глубину. Работа бульдозера будет наиболее производительной при перемещении грунта на расстояние 15-25 м. Эта схема работы бульдозера применяется при разработке траншей по ширине, равной ширине отвала, при засыпке оврагов и т. п.

При боковой разработке грунта бульдозер, двигаясь сначала по прямой срезает грунт, накапливая его перед отвалом, затем делает поворот в правую или в левую сторону, где отсыпает грунт. Оставив грунт в месте отсыпки, бульдозер возвращается задним ходом в исходное положение и повторяет ту же операцию. Эта схема применяется при срезке бугров, засыпке впадин и траншей, планировочных работах.

При устройстве каналов с поперечным перемещением грунта отвала бульдозера срезает грунт по всей ширине канала и перемещает его на противоположную бровку, возвращаясь задним ходом в исходное положение.

Такой способ применим при устройстве каналов относительно небольшой ширины глубиной до 2,0 м и крутизне его откосов не более 20°. Окончательная доводка профиля канала выполняется откосниками.

Установка и наладка рабочих органов бульдозеров. Меняя при установке положение отвала, можно уменьшить или увеличить усилие резания, соответственно увеличить или уменьшить скорость рабочего хода машины, а также в известных пределах и мощность ее двигателя. Положение отвала бульдозера определяется углами: резания у; положения вала в плане а; наклона отвала р.

Угол резания грунта у - угол между передней гранью отвала и плоскостью резания, которая у бульдозеров совпадает с плоскостью движения режущей кромки ножей. При разработке легких грунтов отвал следует устанавливать с углом резания у = 60-65°, а при разработке тяжелых грунтов у - 52-57°. Для изменения угла резания у бульдозеры оборудованы устройствами (механическими или гидравлическими), посредством которых меняют положение отвала. У бульдозеров с механическим приводом для изменения угла у предусмотрены регулировочные винты на раскосах или специальная планка с отверстиями, а также особая конструкция опорных шарниров толкающих брусьев, обеспечи­вающих зазор в их соединениях: у бульдозеров с гидравлическим приводом - отдельно установленные гидроцилиндры.

Угол положения отвала в плане а - угол между осью движения бульдозера и плоскостью отвала. Изменение положения отвала в плане может быть обеспечено только в бульдозерах с поворотным отвалом (в универсальных бульдозерах.- путем его перестановки при остановке машины). В бульдозерах с канатно-блочным, механическим приводами перестановка выполняется вручную с закреплением штырями подкосов бульдозерного оборудования на основной толкающей раме бульдозера; в бульдозерах с гидравлическим приводом - посредством гидроцилиндров из кабины машиниста.

Угол положения отвала в плане должен соответствовать характеру выполняемых работ. Рекомендуются следующие значения угла а: при перемещении грунта - 90°; при разравнивании грунта - 120°; при засыпке траншей, канав и др. - 135°.

Угол наклона отвала р - угол между плоскостью движения кромки ножей отвала и плоскостью движения бульдозера. В большинстве случаев наклон отвала является нежелательным, так как возникающее неравномерное распределение усилий резания неблагоприятно отражается на управляемости бульдозера (машину уводит в сторону) и его техническом состоянии. В отдельных случаях (работа на косогорах и т. п.) наклон отвала является необходимым. Принимаются следующие углы наклона отвала: на тяжелых, а также связных грунтах 4-8°; при работе на косогорах и неровностях 4°.

Необходимо постоянно следить за состоянием ножей бульдозеров - работа затупленными ножами снижает производительность.

4. Расчет производительности рыхлителя

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется по формуле:

(1),

где kв - коэффициент использования бульдозера по времени, kв = 0,8 - 0,9;

V - объем грунта перед отвалом в плотном теле, м3,

(2),

здесь B - длина отвала, м;

b - высота отвала, м;

- коэффициент, учитывающий потери грунта и зависящий от дальности перемещения, kп = 1 - 1,1;

- коэффициент разрыхления грунта, kр = 1,1 - 1,35;

- время цикла, с,

20 с (3),

здесь - время копания и набора призмы грунта,

с,

- длина пути резания, = 6 - 10 м;

- скорость движения при резании грунта,

- время транспортирования, с,

(4),

- длина пути транспортирования, м;

- скорость транспортирования, = 0,7 - 0,83 м/с;

- время холостого хода, с,

= lтр/Vхх,

- скорость при обратном ходе, для колесных машин не менее 2,8 м/с, для машин с полужесткой и балансирной подвеской гусениц - не более 1,9 м/с, а с эластичной и балансирно-звеньевой подвеской - не более 4 м/с.

Число циклов бульдозера в час:

(5).

где - время цикла, с.

5. Влияние свойств грунта на производительность машины

бульдозер отвал грунт

По физико-механическим свойствам грунты влияющие на производительность машины различают в зависимости от признаков петрографии и условий залегания, физического состояния, содержащейся в них воды и механических свойств.

К признакам петрографии относятся минеральный состав, структура и текстура грунтов. Признаки физического состояния включают гранулометрический состав, пористость, влажность, температуру, теплопроводность, а также разрыхляемость при разработке и уплотняемость грунтов при укладке после разработки. К признакам, зависящим от количества и состояния содержащейся в грунте воды, относятся пластичность, размокаемость, набухаемость, водопроницаемость, липкость. Признаками механических свойств грунтов являются сцепление, сопротивление сжатию, растяжению, сдвигу, резанию, копанию, внешнему и внутреннему трению, абразивность, несущая способность.

Рассмотрим признаки грунтов, наиболее необходимые для оценки условий применения машин для земляных работ.

По мере уменьшения грунтовых частиц их удельная поверхность увеличивается. В связи с этим возрастают молекулярные силы поверхностного взаимодействия частиц и начинают сказываться ионные и коллоидные свойства минералов, образующих грунты. Молекулярные силы становятся соизмеримыми с силой тяжести частиц или даже превосходят ее. Одновременно увеличиваются силы контактного взаимодействия частиц с деталями и узлами рабочих органов машин, проявляясь в липкости и внешнем трении грунтов.

Разрыхляемость - способность грунта увеличивать сбой объем при разработке. Характеризуется коэффициентом разрыхления. Величина первичного коэффициента разрыхления составляет: для песчаных грунтов - 1,08-l,17, для глинистых - l,24-l,32 и для лёссовых - 1,50-1,60.

Существует две разновидности разрыхления: первичное и остаточное. Остаточное характеризуется отношением объема уплотненного грунта к его объему в «плотном теле», т. е. в естественном залегании. Величина остаточного разрыхления для песчаных грунтов - 1,01-1,05, для глинистых - 1,04-l,09. Коэффициент первичного разрыхления оказывает существенное влияние на производительность машин для разработки грунтов.

Водопроницаемость - способность грунтов фильтровать воду под воздействием внешнего давления. Количественной характеристикой водопроницаемости является коэффициент фильтрации.

Липкость - способность грунта прилипать к твердым поверхностям.

Абразивность - способность грунта оказывать истирающее действие на рабочие органы машин

Тиксотропность - способность грунта переходить из пластичного в текучее состояние под воздействием ударно-вибрационной нагрузки. Данное свойство зависит от химико-минералогического и гранулометрического составов грунта, а также от его влажности и соотношения связанной (пленочной) и свободной воды.

Свойство сжимаемости (уплотняемость) грунтов, заключающееся в способности изменять свое строение под влиянием механический воздействий бульдозера, на более компактное за счет уменьшения пористости.

В соответствии с характером зависимости деформации грунтов от нагрузки модуль сжатия грунтов - величина не постоянная; она возрастает с увеличением деформации. Однако в инженерных расчетах,, принимая во внимание большое разнообразие свойств грунтов и степень их изученности, допускается в ряде случаев рассматривать деформацию грунтов как линейную функцию давления. Это позволяет характеризовать сопротивление грунтов вдавливанию коэффициентом сопротивления смятию, под которым подразумевается нагрузка на 1 см² поверхности грунтового массива, под действием которой опорная поверхность погружается на 1 см. Для обычных песчано-глинистых грунтов этот показатель равен 0,02-0,1 МПа. Допускаемой нагрузкой считается такая, при которой опорная поверхность машины погружается не более, чем на 12 см.

В глинистых грунтах, которые вследствие связности мало уплотняются при динамических нагрузках, а также отличаются малой водопроницаемостью, существенные напоры в воде не возникают и разжижения не происходит.

Инженерные расчеты машин для земляных работ выполняют по значениям мгновенного модуля деформации, соответствующего условиям быстрого приложения нагрузки.

Плотность грунтов зависит от плотности минералов, из которых состоят грунтовые частицы, а также их пористости и влажности. Плотность наиболее распространенных минералов, образующих грунты, составляет (2...4) * 103 кг/м3. Плотность грунтов благодаря их пористости меньше плотности слагающих их минералов, хотя вода в порах частично сглаживает этот разрыв. Плотность грунтового скелета обычно равна (2...2,5) * 103 кг/м3, а плотность грунтов - (1,3...2,3) * 103 кг/м3. Плотность рыхлого песка 1,3 * 103 кг/м3 при плотности скелета 1,8 X 103 кг/м3; лессовидного суглинка соответственно 1,4 * 103 и 1,9 X 103 кг/м3, пластичной глины - 1,6 * 103 и 2 - 103 кг/м3.

Увеличению крепости и трудности разработки грунтов обычно соответствует увеличение их плотности.

Сопротивления сдвигу и сжатию, сцепление и внутреннее трение грунтов - это свойства, наиболее влияющие на сопротивление грунтов механическому воздействию. На их характеристиках основываются расчетные методы механики грунтов, в которых принимается, что сдвиг в грунте происходит, если сдвигающие силы в нем превосходят силы внутреннего трения и сцепления.

Количественно сопротивление грунтов сдвигу определяется в результате испытаний их стандартных образцов при одновременном измерении нормального и касательного разрушающих усилий. Для разрушения образца по направлению действия сдвигающей силы необходимо преодолеть сопротивления излому частиц, изменению их положения и ориентации, механические и молекулярные связи между ними. Таким образом, результаты в опытах «на сдвиг» являются суммирующими показателями сопротивления грунта разрушению по поверхности, совпадающей с направлением действия сдвигающих сил. Сложность природы разрушения грунтов - одна из причин условности применительно к грунтам имеющихся методов теорий упругости и пластичности, предполагающих некоторое идеальное строение среды.

Для инженерных расчетов в механике грунтов принято, что сопротивление сдвигу - линейная функция нормального напряжения о но поверхности сдвига. Это допущение приблизительно соответствует действительности при значительных нормальных напряжениях. Угол, образуемый этой функцией с осью абсцисс и равный углу сдвига, называется углом внутреннего трения. Тангенс этого угла характеризует коэффициент внутреннего трения грунта.

Предельное сопротивление сжатию грунта также является распространенной характеристикой его механической прочности и определяется испытанием стандартных образцов грунта (цилиндрических или кубических); характеризует наибольшую удельную сжимающую нагрузку, которую может выдержать образец грунта.

Сопротивление грунта внешнему трению рабочих органов машин относится к числу наиболее существенных факторов рабочего процесса машин для земляных работ. Коэффициентом и углом внешнего трения грунта по конструкционным материалам машин определяются соотношение между ортогональными составляющими сил резания и копания грунтов, усилия для перемещения машин по грунтовому массиву, условия устойчивости машин.

Исследования показали, что закономерности трения между грунтом и рабочим органом машины отличаются от соответствующих закономерностей трения твердых тел. Коэффициент трения между грунтом ненарушенного сложения и сталью зависит от давления и влажности грунта, уменьшаясь при их увеличении. Для большинства глинистых и песчаных грунтов угол трения по стали в условиях взаимодействия с рабочим органом машины составляет от 15 до 30°.

Разрыхленный при разработке грунт после укладки в отвал постепенно уплотняется под действием сил тяжести и атмосферных факторов. Но первоначальной плотности естественным путем он обычно не достигает.

Объемы земляных работ и производительность машин для их выполнения вычисляют по объему грунта в состоянии естественного залегания. При определении, например, вместимости ковшей машин или размеров отвалов, принимается во внимание увеличение объема и уменьшение плотности грунта вследствие разрыхления. Показатели разрыхления грунтов принимаются по данным ЕНиР на земляные работы. Так, для ломовой глины первоначальное увеличение грунта при разработке равно 28-32%, а остаточное разрыхление - 6-9%; для песка соответственно 10-15 и 2-5%; для скальных грунтов - 45-50 и 20-30%.

Сила прилипания грунтов, например к стали, может достигать 2,5 Н/см2. Это значит, что на горизонтальной поверхности стальной детали может удерживаться силами прилипания слой грунта толщиной до нескольких десятков сантиметров. В таких условиях затрудняется или даже становится невозможной разгрузка ковшей, а иногда и работа землеройной машины. Таким образом, липкость грунтов в определенных условиях становится фактором, отрицательно влияющим на производительность машин для земляных работ.

Примерзаемость грунтов к рабочим органам и конструкциям машины при температуре замерзания. Процесс примерзания проходит обычно в два этапа: вначале разрабатываемый незамерзший грунт прилипает к детали или конструкции, и затем прилипший грунт замерзает. В результате замерзания грунтовой воды в зоне контакта развиваются силы сцепления более 200 Н/см2, что весьма затрудняет производство земляных работ.

В зависимости от сопротивления резанию грунты делятся на категории. Крепость грунтов в данном случае характеризуется среднемаксимальным удельным сопротивлением свободному срезу острым ножом, отделяющим стружку при угле резания 45°. Этот измеритель характеризует сопротивление грунта, приходящееся на единицу площади поперечного сечения среза при отделении стружки от грунтового массива.

Особенностью свойств замерзших грунтов по сравнению с незамерзшими (талыми), является то, что первые значительно крепче. Например, сопротивление резанию острым ножом замерзшей глины с температурой -15° С по данным опытов достигает 2,5-3,0 МПа, что в 50-60 раз превосходит сопротивление этого же грунта в талом состоянии. Временное сопротивление сжатию при температуре -10° С составляет у суглинков 3,5-5,0 МПа, супесей 5- 8 МПа, песков 9-12 МПа, что намного превышает сопротивление этих грунтов в талом состоянии.

Основной причиной повышения сопротивления разработке грунтов при отрицательной температуре является замерзание воды, содержащейся в грунте. Лед становится цементирующим материалом в замерзшем грунте, связывающим минеральные частицы в прочный монолит.

Замерзшие глинистые грунты, кроме значительного увеличения прочности, отличаются развитием пластических деформаций под действием нагрузки и пучинностью.

6. Пути повышения производительности

Современные тенденции увеличения производительности бульдозеров - увеличение единичной их мощности, что не только повышает производительность этих машин, включая выработку на единицу установленной мощности базовой машины (трактора), но и несколько снижает себестоимость бульдозерных работ. С этим связано также и увеличения мощности и давления гидропривода управления рабочим органом бульдозера: требуемая мощность гидропривода составляет в среднем 50 МПа мощности двигателя базовой машины, а давление в системе достигает 20 МПа. Повышенная мощность и давление гидропривода обеспечивают значительное заглубление отвала в грунт, что дает возможность вести разработку более толстыми пластами, тем самым повышать и производительность бульдозеров.

К числу общих мероприятий повышения производительности бульдозеров относятся максимальное использование мощности двигательной базовой машины, а также самой машины на выполнение полезной работы, снижение удельных сопротивлений на перемещение машины (особенно в забое) и на резание разрабатываемых грунтов; своевременное качественное техническое обслуживание, значительно уменьшающее частоту отказов в работе машины.

К числу особо эффективных методов повышения производительности бульдозеров относится использование уклонов местности разрабатываемых участков, выполняя работу под уклон, обеспечивающую повышение производительности машин в 1,5 раза, а в отдельных случаях в 2 раза.

Следует отметить, что работа бульдозерами на подъем резко сокращает их производительность. Так, при работе на подъем при 15° производительность не превышает 65% производительности на горизонтальных участках, принятой за 100%, а при работе на подъем до 30° производительность не будет превышать 35-40%.

Наиболее высокая эксплуатационная производительность бульдозеров может быть достигнута при условии, если работа этих машин на каждом объекте выполняется по предварительно разработанной схеме организации и технологии ведения работ.

При этом должны быть учтены: - условия производства работ (свойства разрабатываемого грунта, характер работ, расстояние, на которое транспортируется грунт, рельеф местности и т. п.); - технические возможности бульдозера (мощность двигателя, размеры отвала, техническое состояние машины); - квалификация бульдозериста.

При выполнении одинакового вида работ производительность бульдозеров меняется в зависимости от группы и состояния разрабатываемого грунта. Так, при разработке песчаных грунтов сопротивление их перемещению увеличивается и на преодоление этого сопротивления затрачивается значительная мощность двигателя. Во время транспортировки песчаного грунта большая часть его теряется по пути, ссыпаясь по сторонам отвала. При разработке тяжелых глинистых и переувлажненных пылеватых грунтов производительность бульдозера снижается вследствие значительного сопротивления этих грунтов резанию и большой плотности. Наиболее производительно бульдозеры работают в супесчаных и суглинистых грунтах, имеющих нормальную влажность (10… 15%). Объем одновременно перемещаемого супесчаного или суглинистого грунта нормальной влажности примерно в 1,5 раза превышает объем глинистого или сухого песчаного грунта при прочих равных условиях.

Потери перемещаемого бульдозером грунта возрастают с увеличением расстояния, на которое грунт транспортируется. Следовательно, с увеличением расстояния транспортировки снижается производительность бульдозеров.

Так, при транспортировке грунтов I-III групп (кроме сухого песка) на расстояние 40 м сменная производительность бульдозера в 2,2 раза выше, чем при транспортировке этих грунтов на 100 м.

Эффективным средством борьбы с потерями грунта является сокращение расстояния его транспортировки. Практика эксплуатации бульдозеров показывает, что наиболее производительно они работают при перемещении грунта на расстояние до 70 м. При перемещении грунта на большее расстояние работы ведут методом устройства промежуточных валиков, траншейным способом или применяют для перемещения грунта одновременно несколько бульдозеров.

Метод устройства промежуточных валиков заключается в следующем. На пути транспортировки грунта через каждые 40…50 м намечают участки расположения промежуточных валиков грунта. Бульдозер разрабатывает и перемещает грунт отдельными захватками. Сначала грунт перемещается в первый валик, затем во второй, третий и далее за пределы выемки. При этом увеличивается количество холостых ходов бульдозера, но при каждом рабочем ходе бульдозер перемещает максимальный объем грунта. При траншейном способе разработки грунта потери его значительно сокращаются вследствие уменьшения осыпания с отвала бульдозера в процессе транспортировки грунта к месту его отсыпки.

Траншейный способ разработки грунта имеет две разновидности: перемещение грунта по траншее, устроенной между валиками ранее осыпавшегося грунта, и устройство траншей в материковом грунте. Перемещение грунта по траншее между валиками применяется в тех случаях, когда бульдозеры транспортируют грунт, разработанный ранее другой землеройной машиной. При этом не производится срезание грунта по пути следования бульдозера. Захватывая грунт из отвала или насыпи, бульдозеры перемещают его постоянно по одному пути между валиками, образовавшимися из грунта, потерянного при первых рейсах.

Устройство траншей в материковом грунте целесообразно при разработке грунта бульдозерами в выемках глубиной 1…1.5 м. Для этого бульдозер проходит неоднократно по одному и тому же следу, срезая грунт по пути своего движения. Траншейный способ разработки грунта при отсыпке насыпи может быть совмещен с устройством промежуточных валиков (рис. 24). По окончании разработки грунта в траншее на полную глубину выемки бульдозер начинает устройство второй траншеи, расположенной параллельно первой на расстоянии 0,5 м от нее. Оставшийся между траншеями грунт разрабатывается и перемещается бульдозерами по окончании разработки грунта в траншеях.