Лекция 2. Землеройно-транспортные машины

Землеройно-транспортными называют машины с ножевым рабочим органом, выполняющие одновременно послойное отделение от массива и перемещение грунта к месту укладки при своем поступательном движении. К этой группе машин относятся бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдеры. Первые два типа машин, особенно бульдозеры, широко используются в промышлен­ном и гражданском строительстве.

Каждая модель землеройно-транспортной машины имеет индекс, включающий буквенные и цифровые обозначения. Две начальные буквы индекса ДЗ обозначают группу машин, последующие за ними цифры – порядковый номер регистрации модели, буквы после цифровой части индекса – порядковую модернизацию (А, Б, В,) и климатическое (северное С и холодное ХЛ) исполнение машины. В индексе бульдозеров и скреперов с автоматизированной системой управления наличие последней обозначается цифрой 1, следующей через тире за основными цифрами индекса, а у модернизированных машин – после букв, обозначающих модернизацию. В индекс автогрейдеров после указанных выше цифр и букв включаются через тире цифры 1, 2, 4, 6, обозначающие их модификации.

Бульдозеры

Бульдозеры (рис 3) представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный ко­лесный тягач), включающее отвал 1 с ножами, толкающее устройство в виде брусьев 6 или рамы 7 и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудо­вание которых широко унифицированы. Главный параметр бульдозеров – тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяются для послойной разработки и перемещения грунтов I..IV категорий, а также предварительно разрых­ленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разравнивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев и строительно­го мусора и т. п.. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокой производительностью, мобильностью и универ­сальностью.

Бульдозеры классифицируют по назначению, тяговому классу и типу ходового устройства базовых машин, конструкции рабочего органа и типу системы управления отвалом. По назначению различают бульдозеры общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ в различных грунтовых и климатических условиях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях. К последним относятся бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры. В зависимости от тягового класса (номинального тягового усилия) базовых машин, бульдозеры разделяют на малогаба­ритные (класс до 0,9), легкие (классов 1,4…4), средние (классов 6…15), тяжелые (классов 25…35) и сверхтяжелые (класса свыше 35). По типу ходового устройства бульдозеры разделяются на гусеничные и пневмоколесные. По конструкции рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным в плане отвалом (рис 3, а), постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой маши­ны, и с поворотным отвалом (рис 3, б), который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53^° в обе стороны к продольной оси машины. По типу системы управления отвалом различают бульдозеры с гидрав­лическим и механическим (канатно-блочным) управлением. При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато-фрикционной лебедкой через канатный поли­спаст, опускание – под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Рис. 3. Гусеничные бульдозеры:

а – с неповоротным отвалом; б – с поворотным отвалом;

1 - отвал; 2 - раскос; 3 - гидроцилиндр опускания и подъема отвала;

4 - базовый трактор; 5 - шарнир; 6 - толкающий брус; 7 - толкающая рама

Рабочий цикл бульдозера (рис 4): 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...10м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60...80м для гусеничных бульдозеров и 100...140м для пневмоколесных машин. Преимущественное распространение получили гусеничные бульдозеры, обладающие высокими тяговыми усилиями и проходимостью. Чем выше тяговый класс машины, тем больший объем земляных работ она способна выполнять и разрабатывать более прочные грунты.

Рис. 4. Схемы работы бульдозера при разработке грунтов:

а-резание; б-транспортирование с подрезанием; в-отсыпка; г-откат назад (холостой ход)

К основным параметрам бульдозерного оборудования относятся (рис 5): высота без козырька Н и длина В отвала (м), радиус кривизны отвала r, основной угол резания δ, задний угол отвала α, угол заострения ножей β, угол перекоса отвала ε и угол поворота (у поворотных машин) отвала в плане γ (град), высота подъема отвала над опорной поверхностью h₁, и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности h₂ (м), напорное Т и вертикальное Р усилия на режущей кромке (кН), скорости подъема v_п и опускания v_о отвала.

Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.

Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отвалами.

Рис. 5. Схемы устройств и основные параметры бульдозеров:

а-с поворотным отвалом; б-с неповоротным отвалом; в-поперечный перекос отвала

Рассмотрим конструктивные особенности неповоротных и поворотных бульдозеров.

У неповоротного бульдозера ДЗ 110А (рис 6) отвал 1 крепится посредством универсальных шарниров 8 к толкающему устройству в виде двух брусьев 7 коробчатого сечения, задние концы которых соединены с помощью упряжных шарниров 6 с балками 5 ходового устройства базового трактора 4. Шарниры позволяют толкающим брусьям поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях при перекосе отвала. Подъем и опускание отвала осуществляются с помощью двух гидроцилиндров двойного действия 3, штоки которых шарнирно прикреплены к отвалу через кронштейны. Отвал в рабочем положении удерживают гидрораскос 2 и винтовой жесткий раскос 10, которые установлены в плоскостях соответственно левого и правого толкающих брусьев. Нагрузка между толкающими брусьями равномерно распределяется механизмом 9 компенсации перекоса, обеспечивающим устойчивость отвала в горизонтальной плоскости.

Гидрораскос осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости путем поворота его на угол до ± 12^° и представляет собой гидроцилиндр двойного действия с гидрозамком, который включен в гидросистему трактора. Винтовой раскос служит для механического изменения угла резания ножей в диапазоне ± 10^° от среднего угла установки, составляющего 55^°.

Рис. 6. Бульдозер ДЗ-110А с неповоротным отвалом

Рис. 7. Бульдозер ДЗ-109Б с поворотным отвалом

У поворотного бульдозера ДЗ-109Б (рис 7) отвал 1 монтируется на универсальной толкающей раме 7, охватывающей снаружи трактор 4 и состоящей из двух жестко соединенных между собой полурам прямоугольно­го сечения. Рама крепится к ходовым тележкам трактора с помощью упряжных шарниров 5. На раме вместо отвала может быть установлено различное сменное оборудование с гидравличе­ским управлением – кусторез, древовал, корчева­тель-собиратель, плужный снегоочиститель и др. Поворотный отвал соединен с толкающей рамой посредством центрального шарового шарнира 10 и двух боковых толкателей 8 с винтовыми раскосами 2, обеспечивающими различное положение отвала относительно рамы. Одинаковым изменением длины раскосов от среднего положения регулируют угол резания ножей. Угол поперечного перекоса отвала в вертикальной плоскости регулируется путем изменения межцентрового расстояния проушин раскосов.

Отвал может быть установлен в плане под углом γ в обе стороны от продольной оси машины и под прямым углом к ней.

Для установки отвала в три положения (прямое, правое и левое) на верхней полке каждой полурамы установлены по три опорных кронштейна 6, в которых шарнирно крепятся толкатели. На скошенной части полурам установлены кронштейны 9 для крепления гидроцилиндров 3 подъема–опускания отвала. У некоторых моделей бульдозеров изменение угла поворота отвала в плане и регулировка угла перекоса отвала осуществляются с помощью гидроцилиндров. При продольном движении бульдозера с повернутым в плане отвалом грунт перемещается вбок по отвалу. Способность поворотных бульдозеров перемещать грунт в сто­рону определяет их широкое использование при засыпке каналов, рвов, траншей коммуникаций, а также очистки строительных площадок и дорог от снега. Гидравлическая система управления рабочим оборудованием обеспечивает, с помощью гидроцилиндров, подъем и принудительное опускание отвала, его плавающее и фиксированное поло­жения, поворот отвала в плане (у поворотных бульдозеров), поперечный двусторонний перекос (до 12^°) отвала в вертикальной плоскости, регули­ровку угла резания ножей отвала (среднее значение 55^°) путем поворота (наклона) отвала вперед и назад относительно толкающего устройства.

Принудительное заглубление ножей отвала в грунт под действием гидроцилиндров, развивающих усилие до 40 % и более веса тягача, позволяет бульдозерам с гидравлическим управлением разрабатывать прочные грунты, а возможность установки отвала в определенное фиксированное положение обеспечивает срезание слоя грунта заданной толщины. Поперечный перекос отвала повышает универсальность машины и ее эксплуатационные возможности на планиро­вочных работах, облегчает разработку тяжелых грунтов и т. п.

Гусеничные бульдозеры могут оснащаться дополнительным быстросъемным оборудованием (рис. 8), значительно расширяющим их технологические возможности: неподвижными или гидроуправляемыми уширителями 1 и удлини­телями 3 отвала, открылками 2, передними и задними рыхлительными зубьями 4, кирковщиком 5 для взламывания асфальтовых покрытий, гребенчатыми ножами 6 для разработки мерзлых грунтов, надставкой 7 для рытья канав, откосником с жестким креплением и гидроуправляемым откосником-планировщиком 8, пере­дними и задними лыжами 9, грузовыми вилами 10, подъемным крюком 11 и т. п. Некоторые модели гусеничных бульдозеров оснащаются дополнительной аппаратурой автоматического управления положением отвала. Бульдозер ДЗ-109-1 с поворотным отвалом оснащается аппаратурой «Копир-Автоплан-10ЛП», бульдозер ДЗ-110А-1 с непово­ротным отвалом – аппаратурой «Комбиплан-10Л». Аппаратура автоматического управле­ния отвалом обеспечивает повышение качества обработки грунтовой поверхности, повышение производительности машины за счет уменьшения числа проходов бульдозера по планируемому участку, снижение утомляемости машиниста.

Рис. 8. Дополнительное оборудование бульдозеров:

1-уширители; 2-открылки; 3-удлинители; 4-рыхлительный зуб; 5-кирковщик;

6-гребенчатые ножи; 7-канавнвя надставка; 8-откосник; 9-опорная лыжа;

10-грузовые вилы; 11-грузоподъемный крюк

Пневмоколесные бульдозеры базируются на тракторах класса 1,4 т и предназначены для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ малого объема, погрузки и транспортирова­ния сыпучих материалов на небольшие расстоя­ния, подъема и перемещения единичных и штуч­ных грузов, планировки площадок, засыпки траншей, ям и для других работ.

В строительстве используются пневмоколесный бульдозер ДЗ-37А с неповоротным гидроуправляемым отвалом и аналогичные по конструкции бульдозеры-погрузчики ДЗ-133 и ДЗ-160, у которых в качестве основного сменного оборудования используются гидроуправляемые отвалы и ковши вместимостью 0,38 и 0,5м³.