5.3. Землерийно-транспортні машини.

Землерийно-транспорні машини (ЗТМ) широко застосовуються при виконанні земляних робіт. Вони розробляють і переміщують грунт у процесі переміщення самої машини.

Енергія до робочого органа, як правило, підводиться у вигляді тягового зусилля. Однак існують ЗМТ (активної дії), у яких частина енергія підводиться до робочого органа іншими способами.

З усіх ЗМТ найширше застосовуються бульдозери. Робочий орган бульдозера - відвал.

За видом ходового устаткування бульдозери бувають гусеничні та пневмоколісні. Найбільше поширення отримали гусеничні бульдозери, оскільки при однаковій вазі машин вони мають більше тягове зусилля. Крім того, у них менший тиск на грунт. Однак гусеничні бульдозери мають низькі транспортні швидкості, вимагають більших затрат часу та коштів на переміщення з об’єкта на об’єкт.

Рис. 5.4. Схема неповоротного бульдозера:

1 - базовий трактор; 2 - штовхаючі бруски; 3 - відвал; 4 - змінні ножі; 5 - гідроциліндри регулювання кутів різання та перекосу відвала; 6 - гідроциліндри підйому та опускання відвала; L - довжина відвала; Н - висота відвала

За системою керування робочим обладнанням розрізняють бульдозери канатно-блочні та гідравличні. Випускають в основному гідравличні бульдозери, які забезпечують примусове заглиблення відвалу, мають меншу металоємкість та вищу продуктивність. Широке використання бульдозерів визначається простотою їх конструкції, надійністю, економічністю в експлуатації, універсальністю. Бульдозери застосовують для розробки і переміщення грунтів І-ІV категорій, а також попередньо зпушених скельних і мерзлих грунтів. Їх використовують для планування будівельних майданчиків, зведення насипів, розробки виїмок і котлованів, зворотне засипання траншей і котлованів, розчистки територій від снігу, каміння, чагарників, пеньків, дрібного дерева та будівельного сміття. Головний параметр бульдозерів - тягове зусилля. Розрізняють бульдозери з тяговим зусиллям понад 300, 200...300, 135...200, 25...135, та до 25 кН.

Розрізняють два різновиди бульдозерів - неповоротні та універсальні.

Найпоширеніші бульдозери неповоротні гусеничні гідравличні (ГОСТ 7410-79). У цих машин відвал завжди встановлено під прямим кутом до їх поздовжньої осі (в плані).

До базового трактора 1 (рис. 5.4) шарнірно прикріплено штовхаючі бруски 2, а до останніх - робочий орган бульдозера - відвал 3. Відвал - це зварна конструкція, яка містить лобовий лист циліндричного профілю, підсилений із зворотного боку коробами та ребрами міцності. На верхній частині відвалу є козирок, який попереджує пересипання грунту через відвал і вберігає штоки гідроциліндрів від пошкодження. На нижній частині відвалу, яка інтенсивно зношується, змонтовано змінні ножі 4. Основний керуючий вплив на бульдозер - піднімання і опускання відвалу, яке здійснюється гідроциліндрами 6. У сучасних бульдозерів передбачають поперечний перекіс відвалу на кут до 12⁰ і регулювання кута різання, що здійснюють гідроциліндрами 5. Найчастіше середнє значення кута різання складає 55⁰.

При роботі бульдозер зрізує і переміщує грунт. На початку копання доцільно швидко заглибити відвал, це зручніше зробити при більшому куті різання. Копання і переміщення грунту ефективніше проводити при меншому кутові різання. При горизонтальному розміщенні відвалу тягове зусилля розподіляється по всій його довжині. При поперечному перекошенні відвала вирізається трикутна стружка. Це дозволяє сконцентрувати все тягове зусилля бульдозера на меншій площині і розробляти значно міцніші грунти. Крім того, перекіс відвалу необхідний на початку копання на косогорах. Якщо всі шарніри бульдозера виготовлені універсальними, перекіс відвалу можна здійснити зміною довжини одного з гідроциліндрів 6 при постійній довжині іншого циліндру (частіше на бульдозери встановлюють два гідроциліндри 6 та два гідроциліндри 5, по одному з кожного боку трактора).

Бульдозер працює таким чином. При русі трактора на першій передачі при повній подачі палива вмикають опускання відвалу. Відвал торкається грунту, передня частина трактора піднімається, до 50 відсотків ваги трактора передається на відвал і останній інтенсивно заглиблюється. При копанні зв’язних грунтів стружка, що зрізається, ковзає по відвалу і в верхній частині обрушується вперед, утворюючи призму волочіння. Частина призми волочіння здійснює обертальний рух разом із стружкою. При цьому на поверхні призми відбувається осипання грунту, частина грунту висипається за межі відвалу. Поверхня грунту, який переміщується відвалом, наближається до конічної. При копанні незв’язних грунтів (пісків, супісків) стружка не утворюється, а грунт перед відвалом переміщується за рахунок послідовних зсувів. Після набирання призми волочіння, коли її висота досягає висоти відвалу, копання припиняється і відбувається переміщення грунту.

При копанні та переміщенні частина грунту з призми волочіння губиться в торцевих частинах відвалу, утворюючи бічні валики. Це обмежує економічно ефективну відстань транспортування грунту на відстань до 100 м. Робочий цикл бульдозера складається з копання грунту, його транспортування, розвантаження і повернення машини в забій. Швидкість бульдозера при ручному керуванні не призводить до підвищення продуктивності, тому що оператор не встигає регулювати висоту положення відвалу.

Транспортувати грунт доцільніше на можливо вищій швидкості, застосовуючи при цьому заходи що до зменшення втрат грунту.

Розвантажувати грунт бульдозерами можна двома способами. Розвантаження з пошаровим розрівнюванням проводиться таким чином. Наприкінці транспортування відвал напівпідіймають на 15...20 см і, продовжуючи рух, відсипають грунт рівним шаром або ж, швидко піднявши відвал, проїжджають 1,0...1,5 м, тоді, опустивши відвал і рухаючись заднім ходом, проводять розрівнювання. Місцеве відсипання без розрівнювання відбувається завдяки швидкому підняттю відвалу й застосовується при вкладанні вантажу шаром значної товщини.

До забою бульдозер повертається на максимальній швидкості. При транспортуванні до 50 м це виконують, здаючи назад, при значній відстані- переднім ходом із розворотом машини.

Бульдозерами можна виконувати всі види підготовчих робіт.

Підвищити продуктивність бульдозерів дозволяють слідуючи експлуатаційні прийоми:

різання та транспортування грунту під нахилом, при цьому зменшується опір пересування призми волочіння та самого бульдозера, частина ваги бульдозера додається до сили тяги, що дозволяє збільшити товщину стружки, що зрізається, та обсяг призми волочіння; збільшення продуктивності бульдозера при роботі під нахилом складає (у відсотках) при нахилі 2 %- 5...7; 3 %- 10...12; 5 %- 15...20; 10 %- 25...30; 20 %- 60...70;

зменшення кількості розворотів бульдозера; наприклад, переміщення грунту в траншеї глибиною 40...60 см при бічних валиках- висотою 20...25 см дозволяє підвищити продуктивність на 10...15 % в результаті збільшення обсягу призми волочіння;

переміщення грунту з проміжним розвантаженням; при цьому грунт транспортується на частину довжини і розвантажується; при подальших проходах він підбирається і транспортується далі; ефект досягається за рахунок того, що весь час переміщується велика призма волочіння;

встановлення на відвалах відкрилків та розширювачів при роботі на легких сухих грунтах;

Рис. 5.5. Схема спареної роботи двох бульдозерів

спарена робота двох бульдозерів (рис. 5.5); при цьому об’єм грунту, що переміщується на 10...15 % перевищує сумарний обсяг двох окремих призм волочіння; відстань між відвалами не повинна перевищувати 0,3 м для легких грунтів та 0,5- для важких; складність вся в необхідності забезпечення синхронної роботи двох машин, тому такий спосіб доцільно застосовувати не при розробці, а при транспортуванні грунту (або на легких грунтах).

Бульдозери неповоротні можуть забезпечуватися змінними робочими органами: вилами для підняття і переміщення штучного вантажу; зубами на відвалі для розробки міцних матеріалів; гакової підвіски на відвалі та ін. Це розширює їхні технологічні можливості. Часто в задній частині бульдозера монтують зпушувальне обладнання.

Технічна продуктивність бульдозера (м³/год) при копанні

, (5.8)

де V_п- об’єм призми волочіння, м³

, (5.9)

де L, H- відповідно довжина і висота відвала, м; К_р- коефіцієнт розпушення грунту; К_р=1,1...1,35; j- кут природного відкосу грунту, град; К_с- коефіцієнт збереження грунту; К_с=1-0,005žL_п; К_у- коефіцієнт урахування впливу схилу на продуктивність (при роботі на підйомі від 5 до 15 % зменшується від 0,67 до 0,4; при роботі на схилах від 5 до 15 % збільшується від 1,35 до 1,6); L_п - відстань переміщення, м;

,

, , - довжина шляху різання, переміщення грунту та зворотного ходу, м; , , - швидкості руху бульдозера при різанні грунту, переміщенні і при зворотньому русі, м/с; , - час на перемикання передач та опускання відвала, с.

Універсальні бульдозери (рис. 5.6.) розробляють і переміщують грунт уперед і вбік. Їх відвал можна встановлювати під кутом від 90° до 60° до повздовжньої осі машини (в плані).

Рис. 5.6. Схема універсального бульдозера:

1- підкоси; 2- гвинтові тяги; 3- П-образна рама; 4- гідроциліндри підйому та опускання відвалу; 5- відвал

Ці бульдозери складніші за конструкцією і значно металоємкіші.

Відвал 5 прикріплений сферичним шарніром до П-подібної рами 3 і утримується додатково підкосами. Підкоси можна переставляти, змінюючи кут установлювання відвалу в плані. За допомогою гвинтових тяг 2 можна змінити кут різання. Відвал підіймається і опускається гідроциліндрами 4. Існують і такі універсальні бульдозери, у яких кут встановлення відвалу в плані можна змінити з кабіни оператора гідроциліндрами.

Універсальні бульдозери більш продуктивні при зворотньому засипанні; плануванню території; очищенні майданчиків від сміття, снігу і працюють у режимі машин безперервної дії.

Технічна продуктивність (м²/год) універсального бульдозера при плануванні території.

, (5.10)

де - - довжина ділянки, м; q- кут встановлення відвалу в плані, град; 0,5- значення перекриття проходів, м; n- кількість проходів по одному місцю; n- швидкість руху бульдозера, м/с.

Скрепер. Це - землерийно-транспортна машина, яка служить для розробки грунтів 1....4 категорій та транспортування їх на відстань 0,5...5,0 км.

Робочий орган - ківш. Головний параметр скрепера - ємкість ківша. Розрізняють скрепери малої (до 3 м³), середньої (3...10 м³) та великої (понад 10 м³) ємкості. Найбільші скрепери мають ємкість ківша 15, 25, 40 м³.

За мобільністю скрепери поділяються на причіпні до гусеничних та пневмоколісних тягачів; напівпричіпні, коли частина ваги ковша передається на тягач; самохідні, коли тягач без ківша пересуватися не може (з одноосним тягачем).

За способом розвантаження скрепери поділяються на машини з вільним розвантаженням коли ківш перекидається, висипаючи грунт; з напівпримусовим розвантаженням, коли бічні стіни ковша залишаються нерухомі, а днище і задня стінка обертається, виштовхуючи грунт; з примусовим розвантажуванням, коли задня стінка примусово пересувається вперед, виштовхуючи грунт із ковша.

За способом завантаження ковша розрізняють скрепери із завантаженням за рахунок тягового зусилля та з примусовим завантаженням за допомогою шкребкового елеватора.

На рис. 5.7. показано схему гідравлічного самохідного скрепера з примусовим розвантаженням та завантаженням за рахунок тягового зусилля.

На одноосному тягачі 1 розміщено також тягово-зчіпний пристрій 2, до якого прикріплена рама 3. До рами шарнірно під’єднано ківш 7 з днищем і бічними стінками.

На днищі закріплені змінні ножі 12. Ківш підіймають і опускають одним чи двома гідроциліндрами 4. Спереду ківш закривається передньою заслінкою 5, яка може повертатися двома гідроциліндрами 6. Задня стінка 8 ковша висувається гідроциліндрами 9. До ковша прикріплена пневмоколісна вісь 10 та буфер 11.

Рис.5.7. Гідравлічний самохідний скрепер:

1- одноосний тягач; 2- тягово-зчіпний пристрій; 3- рама; 4- гідроциліндри підйому та опускання ковша; 5- передня заслінка; 6- гідроциліндри висування задньої стінки; 10- пневмоколісна вісь; 11- буфер; 12- змінні ножі

Під час копання скрепер рухається уперед. Ківш 7 опущений гідроциліндрами 4, передня заслінка напівпіднята так, що між нею і ківшем утворилася щілина, ножі 12 врізаються в грунт.

При копанні зв’язних грунтів ножі зрізають грунт, стружка, що утворюється, ковзає в ківш, заповнюючи спершу його задню частину, а тоді - передню. Остання порція проштовхується через грунт, що заповнив ківш, тому стружка повинна бути досить міцною. У цей момент необхідні найбільші зусилля, однак частина тягового зусилля витрачається на переміщення завантаженого ковша. Час заповнювання ківша незначний порівняно з часом транспортування, розвантаження і повернення в забій, але саме процес заповнення визначає продуктивність скрепера. У зв’язку з цим ківш треба завжди заповнювати з «шапкою». Для цього використовують бульдозери-штовхачі, які в процесі копання штовхають ківш, упираючись відвалом у буфер, або ж роботи виконують за спареною схемою, коли два тягачі заповнюють по черзі спершу один, а потім другий ківш.

З тих же міркувань доцільно застосовувати скрепери з елеваторним завантаженням (рис. 5.8.). У такому випадку на ковші замість передньої заслінки закріплено шкребковий елеватор 1. Процес копання має такі відмінності. Тягове зусилля, обмежене зчіпною вагою тягача або потужністю його двигуна, витрачається лише на переміщення ковша і зрізання стружки, а переміщення стружки всередині ковша здійснюють елеватором. У такому випадку ківш заповнюється з «шапкою» без надлишкового тягового зусилля наприкінці копання та при будь-якій міцності стружки.

Особливо ефективні скрепери з елеваторним завантаженням при копанні сипких грунтів. Їх недоліки - підвищена металоємкість, менша надійність, залипання елеватора на перезволожених грунтах.

Наповнений ківш закривають, опускаючи передню заслінку або елеватор, підіймають і транспортують. Розвантаження здійснюють обов’язково

Рис. 5.8. Схема ковша скрепера з елеваторним завантаженням:

1- скребковий елеватор; 2- ківш

при русі скрепера. При цьому відкривають ківш, піднімаючи передню заслінку чи елеватор, і виштовхують висувною задньою стінкою вміст ковша.

Застосування двомоторних скреперів та скреперів із моторколесами дозволяє підвищити їх тягові зусилля. У перших за ківшем встановлено додатковий ДВЗ, яким керують дистанційно з кабіни оператора. Другі мають дизель-електричну або дизель-гідравлічну трансмісію. Приводні гідро- та електродвигуни разом із редукторами змонтовані на колесах. Щоб легше заповнювати ківш грунтом, застосовують телескопічні ковші та ковші з двохщілинним завантаженням.

Скрепери широко використовують для розробки, транспортування і укладання грунту в штучні споруди або у відвал із подальшим розрівнюванням, плануванням та частковим ущільненням (при проїзді скрепера відсипаним грунтом).

Можливість виконання закінченого циклу робіт дозволяє широко застосовувати скрепери при будівництві доріг, вирівнюванні полів, розробці кар’єрів, будівництві гідротехнічних та ірригаційних споруд у промисловому, цивільному та сільському будівництві.

Технічна продуктивність (м³/год) скрепера

, (5.11)

де q- вміст ковша скрепера, м³; К_н- коефіцієнт наповнення ківша грунтом; К_р=0,6...1,1; К_р- коефіцієнт розпушування грунту; К_р=1,1...1,3; t_ц- тривалість робочого циклу, с

, (5.12)

де , , , - довжина ділянок відповідно заповнення ковша, транспортування грунту, розвантаження ківша, руху холостого ходу скрепера, м; , , , - швидкість скрепера відповідно при заповненні ковша, транспортуванні грунту, розвантаженні, холостому русі, м/с; t_п- час на перемикання передач, с; n- кількість поворотів у циклі; t_пов- час на один поворот, с; t_пов=15...20 с.

Грейдери. Це- землерийно-транспортні машини з відвальним робочим органом, який призначений для виконання планувальних та профіліровочних робіт. Грейдери застосовують для пошарового розроблення і переміщення грунтів 1-3 категорії на будівельних майданчиках, для переміщення шляхово-будівельних матеріалів, улаштування та профілювання полотна доріг, спорудження невисоких насипів та протяжних виїмок постійного профілю, засипання траншей, рівчаків, канав та ям, очищення будівельних майданчиків та доріг від снігу.

Вони бувають причіпними, напівпричіпними та самохідними. Останні називаються автогрейдерами і одержали найбільше поширення.

За конструктивною масою їх поділяють на легкі (до 3 т); середні (до 13 т) та важкі (до 19 т).

Для автогрейдерів велике значення має колісна схема, яка описується формулою у вигляді А´Б´В. У такій формулі А- кількість осей із керованими колесами, Б- кількість осей із ведучими колесами, В- загальна кількість осей. Колісна формула вітчизняних автогрейдерів легкого і середнього типів 1´2´3, важкого типу 1´3´3.

Вітчизняна промисловість випускає легкі автогрейдери з потужністю двигуна 45...65 кВт, середні 80...82 кВт, важкі - 120 кВт. Довжина відвалу середніх і важких автогрейдерів 3700 мм. Швидкість переміщення автогрейдера при різанні грунту складає 3,5...10,0 км/год, а в транспортному режимі - 30...40 км/год.

Сучасні автогрейдери виготовляють за єдиною схемою у вигляді самохідних триосних машин із повноповоротним відвалом та гідравличною системою керування робочим органом.

На рамі 6 автогрейдера (рис. 5.9) змонтовано всі його вузли та агрегати. Позаду встановлено ДВЗ, перед ним - кабіна оператора 3. На рамі також розташовані елементи передачі та гідрообладнання. На передній її частині закріплено на шарнірі з повздовжньою оссю (поперечно-балансирна підвіска) передній міст 9 з керованими пневматичними колесами. Задній міст 1 виготовлений чотириколісним, причому кожна пара коліс, розміщених із одного боку машини, встановлюються на поперечній осі (повздовжньо-балансирна підвіска). Така конструкція ходового обладнання забезпечує незалежно від нерівностей грунту практично постійні навантаження на колеса, що підвищує тягово-зчіпні якості машини. Крім того, зменшуються коливання рами машини при наїзді колеса на нерівність, що збільшує плануючу здатність автогрейдера.

До основної рами 6 за допомогою шарового шарніра прикріплена тягова рама 10, яка двома гідроциліндрами 5 може підійматися, опускатися і обертатися навколо повздовжньої осі машини. Поворот рами досягається втягуванням штока одного гідроциліндра 5 та висуванням штока іншого. Крім того, гідроциліндром тягова рама може зсуватися в бік від повздовжньої осі автогрейдера. На тяговій рамі встановлено поворотний круг 11, на якому закріплено кронштейни 14. Поворотний круг може приходити в рух за допомогою гідромотора, редуктора та відкритої зубчастої передачі (на схемі не вказані).

На кронштейнах закріплено основний робочий орган автогрейдера - відвал 12. Причому відвал установлено в направляючих 13, нижні з яких шарнірно прикріплені до кронштейнів 14, а верхні з’єднуються з кронштейнами за допомогою зубчастих гребінок 15. Така конструкція дозволяє регулювати кут зрізання d (вручну), зміщувати відвал вздовж осі автогрейдера за допомогою гідроциліндрів (на схемі не вказані), встановлювати відвал під будь-яким кутом у плані (кут захвату a), змінювати кут його встановлення в поперечному напрямку до 18° в будь-який бік (кут зрізання g), підіймати і опускати відвал, виносити вбік, зміщувати тягову раму.

Рис. 5.9. Автогрейдер:

а- конструктивна схема; б- кінематична схема підвіски відвала; в- схема бічного нахилу коліс; 1,9- задній та передній мости; 2- двигун внутрішнього згорання; 3- кабіна оператора; 4- гідроциліндр для зміщення тягової рами у поперечному напрямі; 5- гідроциліндри підйому, опускання та повороту відносно повздовжньої осі тягової рами; 6,10- основна і тягова рами; гідроциліндр підйому та опускання бульдозерного відвалу; 8- бульдозерний відвал; 11- поворотний круг; 12- відвал; 13- направляючи; 14- кронштейни; 15- зубчасті гребінки

Стійкість автогрейдера при дії на нього поперечної сили від косо встановленого відвалу і при дії по крутосхилу можна забезпечити бічним нахилом передніх коліс (рис. 5.9,в).

166