3. Машины и оборудование для земляных работ Рыхлители

Рыхлителями называют машины для послойного разрушения грунта методом отделения его от грунто­вого массива. Применяют их в случаях, когда непосредственная разработка грунта прочими типами землеройных машин невоз­можна или затруднительна, так как ведет к перегрузке машины и падению ее производительности. Кроме того, рыхлители могут ис­пользоваться для разрушения дорожных покрытий, а также, на­ряду с корчевателями, для удаления корневой системы, остаю­щейся после валки крупных деревьев.

К ак правило, рыхлительное оборудование монтируют на гусе­ничных бульдозерах, а получающиеся в итоге машины называют бульдозерно-рыхлительными агрегатами (рис. 1.8). Трактор 2 такого агрегата оснащен бульдозерным 1 и рыхлительным 3 оборудова­нием. Работа рыхлителя состоит из внедрения рабочего органа (рых­лящих зубьев) в грунт или породу, рабочего хода с рыхлением на длину, определяемую размерами рабочей площадки, разворота или остановки и движения задним ходом в исходное для следующего рабочего хода положение, а также маневрирования. Каждый по­следующий рабочий ход производится на определенном расстоя­нии от предыдущего. При рыхлении однородного по прочности грунта зубья, как правило, заглубляют в грунт после начала по­ступательного движения машины. При разрушении прочных по­кровных слоев (замерзший грунт, твердое покрытие), под кото­рыми находится более мягкая порода, удобно работать из предва­рительно отрытого приямка, в который рыхлящие зубья опускаются предварительно.

Рис. 1.8. Бульдозерно-рыхлительный агрегат:

1 — бульдозерное оборудование; 2 — гусеничный промышленный трактор; 3 — рыхлительное оборудование

Практикуют оснащение рыхлителей буферным устройством, которое позволяет прибегать к помощи бульдозера-толкача для повышения силы тяги рыхли­теля при рыхлении очень прочных пород.

Различают трех- и четырехзвенные, параллелограммные и мно­гозвенные рыхлители с регулируемым или нерегулируемым уг­лом рыхления, переменным вылетом зуба и изменяемой траекто­рией заглубления. Наиболее простым является трехзвенное навесное устройство, зубья которого присоединены к тракто­ру посредством тяговой рамы и гидроцилиндров подъема-опуска­ния.

Опорная рама рыхлительного оборудования крепится к корпу­су заднего моста трактора. К раме шарнирно крепятся нижняя и верхняя (при ее наличии) тяговые рамы, а также гидроцилиндры. Гидроцилиндры подъема и опускания обычно устанавливают по диагонали и штоками вниз (для повышения напорных усилий). Обычно они имеют одинаковый диаметр с гидроцилиндрами из­менения угла рыхления, но разный ход штока.

З убья рыхлителя крепятся к рабочей балке. В зависимости от их числа различают однозубые и многозубые рыхлители. Число зубь­ев зависит от тягового класса трактора, прочности грунта и глу­бины рыхления. Однозубые рыхлители монтируют на тягачах с большим тяговым усилием и применяют при разрушении скаль­ных, вечномерзлых и прочных грунтов. Многозубые рыхлители применяют при работе с более слабыми породами, искусствен­ными дорожными покрытиями, грунтами сезонного промерзания и т.п.

Зуб рыхлителя (рис. 1.10) представляет собой металлическую стойку 1 с проушинами 2 для фиксации ее в рабочей балке.

Рис. 1.10. Элементы зуба рыхлителя:

1 — стойка зуба; 2 — проушины для крепления к рабочей балке; 3 — защитная накладка; 4 — наконечник; /нак — длина наконечника (симмет­ричного — вверху; несимметричного — внизу); а — угол рыхления; 5 — угол отгиба наконечни­ка; to — угол заострения; ^ — задний угол рых­ления

Передняя грань нижней рабочей части стой­ки защищена от износа накладкой 3 и наконечником 4. Для крепления на­кладки и наконечника к стойке зуба чаще всего применяют пальцевые со­единения. Зубья рыхлителей работают в условиях значительных динамических нагрузок и повышенного абразивного изнашивания. Эффективность и произ­водительность рыхлителей в первую очередь определяется работоспособно­стью наконечников 4 зубьев. Их устой­чивость к ударным нагрузкам должна сочетаться с повышенной износостой­костью и способностью сохранять прочность при сильном нагреве (по имеющимся данным при рыхле­нии прочных пород наконечники могут нагреваться до 700 °С).

Одним из важнейших свойств наконечников зубьев рыхлителя является самозатачиваемость. Длина сменного наконечника зуба зависит от условий работы и составляет для усредненных условий работы 2,5..3,0 длины его режущей кромки, для тяжелых условий работы со значительными динамическими нагрузками — 1,0...2,5 длины кромки и для рабо­ты в условиях повышенного абразивного изнашивания — 1,0... 3,0 длины кромки. Задняя грань наконечника может быть плоской, но выгнутая вверх форма облегчает внедрение зуба в прочные грунты.

Угол рыхления α образован передней гранью наконечни­ка зуба рыхлителя и касательной к траектории движений режу­щей кромки в данной точке. Если регулировка угла рыхления не предусмотрена, он не должен превышать 45°. Если регулировка угла рыхления возможна, диапазон регулирования составляет около 30° (до 20° в сторону увеличения и до 10° — в сторону уменьше­ния). Увеличение угла рыхления больше 45° в режиме заглубления облегчает внедрение зуба в грунт, уменьшает время цикла, а умень­шение угла рыхления облегчает разрыхление корки грунтов се­зонного промерзания и разборных скальных грунтов слоистой структуры.

Максимальную глубину рыхления для четырехзвенных рыхлителей без учета высоты грунтозацепов гусениц рас­считывают по уравнению регрессии

где А = 0,042; m = 0,62 — для однозубых рыхлителей и А = 0,039; m = 0,68 — для многозубых; N— номинальная мощность двигате­ля рыхлителя, кВт.

Максимальные расчетные усилия, соответствующие предель­ной прочности рыхлительного оборудования, оцениваются по рас­четным положениям.

Р асчетное положение № 1. Рыхлитель двигается прямо, скорость и глубина рыхления постоянны, гидроцилиндры рабочего обору­дования заперты. Не снижая скорости, рыхлитель упирается концом зуба в не­преодолимое препятствие (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Схема к расчетному положению № 1 рыхлителя

Расчетное положение № 2. Рыхлитель, двигаясь прямо с посто­янной скоростью, стремится заглубить зубья в грунт (рис. 1.12), при этом звенья гусеницы, расположенные под ведущей звездоч­кой, начинают терять контакт с опорной поверхностью (проис­ходит так называемое опрокидывание относительно точки О₁).

Рис. 1.12. Схема к расчетному положению № 2 рыхлителя

Р асчетное положение № 3. Рыхлитель двигается прямо с посто­янной скоростью, глубина рыхления уменьшается (рис. 1.13), при этом звенья гусеницы, расположенные под натяжным катком, на­чинают терять контакт с опорной поверхностью (происходит так называемое опрокидывание относительно точки О₂).

Рис. 1.13. Схема к расчетному положению № 3 рыхлителя

Часовую производительность рыхлителя, м³ разрыхленного грунта, рассчитывают по формулам

г де 0,8 — коэффициент снижения средней глубины рыхления по сравнению с глубиной погружения зубьев; b_рых — ширина полосы рыхления, м; h_рых — глубина рыхления (глубина погружения зуба в грунт), м; L₃ — длина разрыхляемого участка, м; k_т — коэффи­циент, учитывающий потери времени на подход толкача и увели­чение благодаря ему скорости рыхления (k_т = 0,8... 1,2); k_в — ко­эффициент использования времени смены; _kпер — коэффициент перекрытия соседних проходов (k_пер = 1,33); υ_ф — фактическая скорость рыхления, м/с; t_ман — время маневрирования в течение одного прохода (t_ман = 20 с); b_зах — ширина захвата рыхлителя, м; ψ_ск — угол скола раковины грунта (для мерзлых грунтов ψ_ск = 15°, для талых — ψ_ск = 60°).