Лекция 3. Бульдозеры–погрузчики, рыхлители

Бульдозеры-погрузчики комплектуются дополнительным сменным рабочим оборудованием: ковшами для тяжелых материалов и снега, уширенным ковшом для работ у стен зданий и сооружений, у бордюров улиц и дорог, грузовыми вилами для погрузки и разгрузки поддонов с грузами, монтажным крюком для погрузки штучных грузов, челюстным захватом для длинномерных грузов, удлинителем стрелы, уширителями отвала, поворотным отвалом для снега, отвалом-планировщиком и т. п.

Бульдозер-погрузчик ДЗ-160 (рис. 9) состоит из следующих основных частей: базового трактора 6, несущей рамы 9, тяг 8, стрелы 3, устройства 2 для смены рабочих органов, ковша 1 или неповоротного бульдозерного отвала, попарно работающих гидроцилиндров 4, 5 управ­ления стрелой и ковшом, гидросистемы и электро­оборудования. Сзади машины может быть навешен управляемый гидроцилиндрами отвал – планировщик 7. Неповоротный отвал предназначен для планировочных работ и представляет собой сварную конструкцию с секционными ножами. Для соединения отвала с уширителем и сменным устройством стрелы он оборудован крюками и кронштейнами. С бульдозерным отвалом применяется удлинитель стрелы для увеличения ее вылета при разгрузке бортовых автомобилей, прицепов и железнодорожных платформ. Основной ковш, ковш для тяжелых материалов и уширенный ковш представляют собой сварную конструкцию со сменными зубьями и различаются геометрическими размерами. Система управления ковшом обеспечивает воз­можность его поступательного перемещения при подъеме и опускании стрелы. Челюстной захват состоит из двух боковин, к которым снизу приварено днище с ножом и зубьями для захвата длинномерных грузов. Открытие и закрытие челюстей ковша производится двумя гидроцилиндрами. В открытом положении челюстной захват трансформируется в планировочный отвал. Этот рабочий орган может быть использован для очистки площадок, погрузки камней, пней и др. Смена рабочих органов осуществляется с помощью специального устройства 2 в кратчай­шие сроки без дополнительного обслуживающего персонала. Гидросистема бульдозера-погрузчика обеспечивает привод и управление механизмами стрелы, ковша, челюстного захвата и задней навески трактора. Она включает гидросистему базового трактора, дополнительно установленные гидроцилиндры и гидрораспределитель.

Эксплуатационная производительность (м³/ч) бульдозера при резании и перемещении грунта:

где V_гр – геометрический объем призмы волоче­ния грунта впереди отвала, м³;

где В, Η – соответственно длина и высота отвала, м; φ – угол естественного откоса грунта в движе­нии (φ=35...45^°); К_н – коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грун­том (К_н=0,85...1,05); К_р – коэффициент разрых­ления грунта (К_р=1,1...1,3); К_п – коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (К_п=1-0,005l_п); К_у – коэффициент, учитываю­щий влияние уклона местности на производитель­ность (при работе на подъемах от 5 до 15 % К_у уменьшается от 0,67 до 0,4, при работе на уклонах от 5 до 15 % К_y увеличивается с 1,35 до 2,25); К_в – коэффициент использования бульдозера по времени (К_в=0,8...0,9); Т_ц – продолжительность цикла, с;

Рис. 9. Бульдозер-погрузчик ДЗ-160

где l_р, l_п и l_о=l_р + l_п – длины соответственно участков резания, перемещения грунта и обратно­го хода бульдозера, м;

где А=Bh – площадь срезаемого слоя грунта, м²; h – средняя толщина срезаемого слоя, м; v_р, v_п, v_о – скорости трактора при резании, перемеще­нии грунта и обратном ходе, м/с; t_п – время на переключение передач в течение цикла (t_п=15...20с).

Резание грунта производится на скорости 2,5...4,5 км/ч, перемещение грунта на скорости 4,5...6 км/ч.

Эксплуатационная производительность бульдозера (м²/ч) с поворотным отвалом при планировочных работах:

где l – длина планируемого участка, м; γ – угол установки отвала в плане, град; 0,5 – величина перекрытия проходов, м; n – число проходов по одному месту; v – скорость движения бульдозе­ра, м/с.

Полное сопротивление движению бульдозера (кН):

где F₁ – сопротивление движению бульдозера с трактором, кН:

G_б – вес бульдозера с трактором, кН; f – коэффициент сопротивления движению трактора по грунту (f = 0,1...0,15); i = tgα – уклон пути; α – угол наклона пути движения бульдозера к горизонту, град; знак «+» принимается при работе на подъем, «–» – при работе под уклон;

F₂ – сопротивление грунта резанию, кН:

r_р – удельное сопротивление грунта резанию, кПа (выбирается по таблицам);

F₃ – сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала, кН:

ρ – плотность грунта, т/м³ (выбирается по таблицам); g – ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²); μ_ι – коэффициент трения грунта по грунту (μ₁=0,4...0,8, причем меньшие значения для влажных и глинистых грунтов);

F₄ – сопротивление трению грунта по отвалу, кН:

δ – угол резания, град (δ = 50...55^°); µ₂ – коэффициент трения грунта по стали (μ₂ = 0,35...0,5 для песка, μ₂ = 0,5. ..0,6 для супесей и суглинка, μ₂ = 0,7...0,8 для глины).

Бульдозер находится в движении без пробуксо­вывания при условии, что сцепная сила тяги F_сц больше окружного усилия F_o на ведущей звездочке движителя и больше общего сопро­тивления передвижению F_∑ т. е. F_сц>F₀> F_∑.

Сцепная сила тяги, кН:

где ψ – коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью; ψ=0,7...0,9.

Бульдозеры-рыхлители оснащаются одно-, и трехзубым навесным рыхлительным оборудовани­ем заднего расположения с гидравлическим управлением. Рыхлительное оборудование наве­шивают на гусеничные бульдозеры с тягача­ми класса 10, 25, 35, 50 и 75 мощностью 118...636 кВт.

Главным параметром бульдозеров-рыхлителей является тяговый класс базового трактора. Индекс рыхлительного оборудования бульдозе­ров-рыхлителей включает две первые буквы ДП, за которыми следуют цифры порядкового номера модели и буквы, обозначающие очередную модернизацию (А; Б, В, ...) и северное (С, ХЛ) исполнение оборудования. Так, например, бульдо­зер-рыхлитель в северном исполнении на базе трактора Т-330 имеет индекс ДЗ-129АХЛ а его рыхлительное оборудование в северном исполне­нии – ДП-29АХЛ. Крепление рыхлителей осуще­ствляется к остову базового трактора или к корпусу его заднего моста.

Бульдозеры-рыхлители применяют для предва­рительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых, мерзлых и скальных грунтов при устройстве строительных площадок, рытье котлованов и широких траншей, а также для взламывания дорожных покрытий. Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принудитель­ном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки. В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких размеров, которые удобны для последующей их эффективной разработки, погрузки и транспорти­рования другими машинами.

Рыхление производят параллельными резами по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним ходом (челночная схема) и с поворотом рыхлителя в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях, продольно-поворотная – на участках большой протяженности. Максимальные величины глубины и ширины захвата рыхления, рабочих скоростей движения и число зубьев рыхлителя определяются тяговым классом базовой машины.

Наименьшая глубина рыхления за один проход должна на 20...30 % превышать толщину стружки грунта, разрабатываемого землеройно-транспорт­ными машинами, в комплексе с которыми работает рыхлитель. Рыхление высокопрочных грунтов осуществляется, как правило, одним зубом.

Рабочий орган рыхлителя состоит из несущей рамы, зубьев, подвески и гидроцилиндров управления. Зубья имеют сменные наконечники, лобовая поверхность которых защищена износостойкими пластинами для защиты от абразивного износа. Для интенсификации процесса рыхления на зубья рыхлителей устанавливают уширители, которые позволяют за один проход разрушать большие объемы материала и выталкивать каменные глыбы на поверхность. Уширители обеспечивают более устойчивое движение базового трактора и работу рыхлителя, практически сплошное разрушение материала между соседними бороздами, снижение общего количе­ства проходов.

Зубья выполняют неповоротными, жестко закрепленными в карманах рамы и поворотными в плане (на угол 10...15^° в обе стороны) за счет их установки в специальных кронштейнах-флюгерах, прикрепляемых к раме шарнирно. Поворотные зубья способны обходить препятствия, встречающиеся в грунте.

Подвеска рыхлителя к базовой машине четырехзвенная (параллелограммная). Она обеспечивает постоянство угла рыхления зубьев независимо от величины их заглубления, что позволяет, при оптимальных значениях этого угла, осуществлять процесс рыхления с пониженными энергозатратами, повышая производительность рыхлителя и уменьшая износ наконечников зубьев.

Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116АХЛ на базе трактора класса 10 (рис. 10, а) имеет четырехзвенную подвеску рыхлителя с неповоротным зубом. Подвеска составлена из опорной рамы 3, жестко прикрепленной к базовому трактору 2, тяги 4, рабочей балки 6 и нижней рамы 9. Балка имеет сменный зуб 7 с наконечником 8. Опускание, принудительное заглубление и фиксирование рыхлителя в определенном рабочем положении, а также подъем его при переводе в транспортное положение производятся двумя гидроцилиндрами 5, работающими от гидросистемы базового трактора.

Рис. 10. Бульдозеры-рыхлители:

а – ДЗ-116АХЛ; б – ДЗ-94С

Разрыхленный грунт перемещается бульдозерным оборудованием 1 с неповоротным отвалом. Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116В может быть оборудован бульдозерным оборудованием ДЗ-109Б с поворотным отвалом и универсальной рамой для навески корчевателя и кустореза, а также комплектом сменных уширителей. У бульдозера-рыхлителя ДЗ-94С на базе трактора класса 35 (рис. 10, б) рыхлитель с четырехзвенной подвеской может быть оснащен одним, двумя и тремя сменными поворотными зубьями, установленными в поворотном устройстве 10. Рых­ление может производиться одним средним зубом, двумя симметрично поставленными (или всеми тремя) в зависимости от физико-механических свойств грунта и заданных ширины и глубины рыхления. На средний зуб устанавливается буферное устройство 11 при работе рыхлителя с трактором-толкачом того же класса, что и базовый трактор.

Бульдозеры-рыхлители имеют наибольшую ши­рину захвата (при трех зубьях) 1780…2140мм и рыхлят грунты высокой прочности на глубину 0,45…1,4м. Производительность навесных рыхлителей на грунтах IV…V категории 60...150 м³/ч, средняя рабочая скорость движения 2,5…5км/ч

Эксплуатационная производительность (м³/ч) навесного рыхлителя:

где V – объем грунта, разрыхленного за цикл, м³, Т_ц – продолжительность цикла, с, К_в – коэффи­циент использования машины по времени,

где В – средняя ширина полосы рыхления, зависящая от числа, шага и толщины зубьев, угла развала (15...60^°) и коэффициента перекрытия (0,75...0,8) резов, м; h_ср – средняя глубина рыхления, в данных грунтовых условиях, м; l – длина пути рыхления, м.

При челночной схеме работы рыхлителя:

где ν_р и ν_х – скорости движения машины соответственно при рыхлении и холостом (обрат­ном) ходе, м/с; t_c – время на переключение передачи (t_с≈5 с); t_o – время на опускание рыхлителя (t_o = 2...5 с).

При разработке участка продольными прохода­ми с разворотами на концах к времени цикла добавляется t_p – продолжительность разворотов трактора в конце участка, а время холостого хода исключается.

Дальнейшее развитие навесных рыхлителей идет в направлении создания машин повышенной единичной мощности, улучшения параметров оборудования, повышения эффективности работы, износостойкости, надежности и срока службы наконечников зубьев, гидрофикации перестановок зубьев рабочего органа, создания рабочих органов, активно воздействующих на разрыхляе­мый грунт с помощью удара, взрыва, вибрации и т. п.