1.2 . Классификация отвалов бульдозера

Отвал представляет собой сварную конструкцию, состоящую из лобового листа криволинейного очертания, козырька, нижней и верхней коробок жесткости, вертикальных ребер жесткости и боковых стенок. У бульдозеров с поворотным отвалом (рис.1.2.1.1) тыльная часть отвалов в средней их части снабжена шаровым гнездом для соединения отвала с олкающей рамой, имеющей шаровую пяту.

Рисунок 2. Отвал бульдозера

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

Лобовой лист сварен из двух продольных частей, одна, нижняя, имеет плоское очертание, другая, верхняя – криволинейное очертание. Торцы отвалов у большинства бульдозеров закрыты боковыми щеками, к которым приварены вертикальные ножи. На щеках предусмотрены отверстия для крепления уширителей отвала. В большинстве случаев верхняя часть отвалов снабжается козырьком, препятствующим потере перемещаемого грунта через отвал. Нижняя сварная коробка, к которой крепится нижняя сварная часть отвала, в поперечном сечении имеет вид трехгранной призмы. Верхняя коробка также сварная, к которой крепится верхняя часть отвала, представляет собой балку квадратного сечения.

К нижнему листу отвала болтами с потайными головками крепятся ножи – один средний и два боковых. Ножи имеют двустороннюю заточку, главным образом боковые, для того, чтобы при затуплении их можно было переставлять.

Соединение отвала с толкающей рамой осуществляется посредством шарового гнезда, шаровой пяты и запорной пластины.

Простота конструкции отвальных рабочих органов, высокая производительность машин, оборудованных отвалом, при наибольших дальностях транспортирования грунта, простота технического обслуживания, монтажа и демонтажа, низкая себестоимость работ и возможность использования на различных земляных работах обусловили их широкое применение в народном хозяйстве

Параметры отвала находятся из следующих условий. Рациональное значение длины В (м) и высоты Н (м) поворотного отвала устанавливается в зависимости:

L= (1.2 – 1.4) ;

Н = (0.4 – 0.45) ,

где т – масса бульдозера в тоннах.

Длина отвала должна перекрывать наиболее выступающие в стороны элементы толкающей рамы не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

L = (1.2 – 1.4) = 3.8 – 4.5 м.

Н = (0.4 – 0.45) = 1– 1.85 м.

Отвал бульдозеров рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через верхнюю кромку при динамических толчках, на подъемах и в случаях, если процесс движения стружки по отвальной поверхности нарушается.

Высота козырька по вертикали составляет (0.1 – 0.25)Н = 0.3 м. козырек при основном положении отвала устанавливается вертикально.

Общая высота отвала с козырьком должна быть такой, чтобы в транспортном положении обеспечивались видимость пространства перед бульдозером и требуемый угол въезда.

Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала:

q_г = T_nб / B,

Где Т_нб – номинальное тяговое усилие бульдозера кН;

В – длина ножей отвала, м.

q_г = 100 / 4.1 =24 кН.

Вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала:

Q_в = 2500 кПа.

По удельному напорному усилию и вертикальному давлению на режущей кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной прочности. Проектируемый бульдозер способен разрабатывать грунт категории III. К основным параметрам профиля отвала относят:

Н – высота отвала без козырька (расстояние по вертикали между режущей кромкой среднего ножа и верхней кромкой отвальной поверхности);

а – угол резания при основной установке отвала;

β – угол опрокидывания при основной установке отвала;

ε – угол наклона при основной установке отвала.

Экспериментально доказано целесообразность создание отвалов с постоянным радиусом кривизны.

Радиус кривизны определяется зависимостью:

R = (0,8 … O,9)H = 0,96 м.

Основные параметры профиля отвальной поверхности для отвала проектируемого бульдозера

отвал – поворотный угол

• резания – 55°

• наклона отвала – 75°

• опрокидывания – 70°

• радиус кривой части поверхности – 0,96 м.

Задний угол θ отвала имеет большее значение для работ с резкими изменениями уклона поверхности, по которой движется бульдозер (рытье каналов, траншей, штабелирование). При этом необходимо обеспечить условие:

θ – a ≥ 20^о.

Для бульдозеров с гидравлическим управлением значение угла θ следует увязать со скоростью опускания режущей кромки при заглублении отвала:

θ ≥ arctg(ν₃ / ν),

где ν₃ – скорость опускания кромки при заглублении отвала, км/ч;

ν – скорость движения бульдозера на основной рабочей передачи, км/ч.

θ ≥ arctg(1,4 / 4) = 25^о.

Традиционная конструкция бульдозерного оборудования с по­воротным отвалом предусматривает соединение отвала U-образной толкающей рамы, охватывающей гусеничные тележки снаружи, сферическим шарниром, расположенным в центре задней стенки отвала. Боковые края задней стенки отвала крепятся к толкающей раме подкосами и раскосами. Подкос крепится к корпусу раскоса либо они сходятся к общему шарниру. Поворот отвала в плане производится перестановкой шарниров крепления раско­сов и подкосов в три расположенных друг за другом гнезда, специально для этого предусмотренных на толкающей раме. Когда подкосы с раскосами установлены в средние гнезда, отвал перпендикулярен направлению движения бульдозера. Штоки гидроцилиндров подъема/опускания шарнирно соединены с толкающей рамой, а их корпуса - с рамой тягача.

Прямой отвал или отвал для общих бульдозерных работ (рис.) используется практически на любых работах. 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. Может работать с перекосом в поперечной плоскости, что увеличивает его универсальность и эффективность на прочных грунтах.

Рисунок. Прямой бульдозерный отвал общего назначения:

1 – боковой нож; 2 – правая боковая щека; 3 – лобовой лист; 4 – левая боковая щека; 5 – угловой нож; 6 – сменные ножи режущей кромки

Прямой отвал- буфер (рис. ) устанавливается на бульдозеры, толкающие скреперы для улучшения заполнения их ковшей. Усиленная дополнительным листом лобовая часть отвала прикрыта реновой подушкой, амортизирующей удары о буферное устройство скрепера. Относительно небольшая длина отвала исключает возможность повреждения пневмоколес скрепера его угловыми ножами и делает бульдозер более маневренным при работе в стесненных условиях. В перерывах между загрузками скреперов бульдозер с таким отвалом используется для подготовки и зачистки карьера и общих бульдозерных работ. Благодаря повышенной прочности и большей удельной мощности на режущей кромке может приняться при разработке тяжелых грунтов, но при перемещении грунта малоэффективен из-за низкой накопительной способности.

Рисунок. Прямой отвал-буфер для бульдозера-толкача:

1 – боковой нож; 2 – боковая косынка; 3 – лист усиления с резиновой подушкой; 4 – лобовой лист; 5 – сменные ножи режущей кромки; 6 – угловой нож

Поворотный отвал (рис.) монтируется на базовой машине с помощью универсальной или С-образной рамы, благодаря чему может поворачиваться на угол до 25⁰ в плане от прямого положения. Используется для укладки грунта в боковые валки при пионерном профилировании дорог, нарезке и обратной засыпки траншей. Из-за большой длины отличается меньшей жесткостью и низкой удельной мощностью, поэтому не рекомендуется для тяжелых работ и скальных грунтов.

Р исунок. Поворотный бульдозерный отвал: 1 - лобовой лист; 2 - боковой нож; 3 - угловой нож; 4 – сменные ножи режущей кромки

Отвальная поверхность сферического или универсального отвала (рис.1.4) 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. Сферический отвал обладает хорошей накопительной способностью, поэтому он применяется для перемещения больших масс г

рунта на значительные расстояния, планировки больших площадей, штабелирования сыпучих материалов, загрузки бункеров с эстакады. Отвал малоэффективен при копании грунтов 2- ой категории и выше, так как из-за длинной режущей кромки плохо заглубляется.

Р исунок. Сферический (универсальный) отвал:

1 – центральная секция лобового листа; 2 – боковая секция лобового листа; 3 – боковая косынка; 4 – угловой нож; 5 – сменные ножи режущей кромки

П олусферический (полууниверсальный) отвал (рис.) отличается от сферического соотношением размеров элементов. Центральная секция занимает 40% и более площади отвала, а края боковых секций выступают вперед не более, чем на 20% расстояния между их краями. 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. Полусферический (полууниверсальный) отвал:

1 – боковая косынка; 2 – центральная секция лобового листа; 3 – боковая секция лобового листа; 4 – боковой нож; 6 – сменные ножи режущей кромки

К числу специальных относятся сферические отвалы увеличенной на 50…100% вместимости (рис.) для легких материалов.

Поворотные отвалы, применяемые как вспомогательное рабочее оборудование на машинах иного назначения, обычно устанавливают с постоянным углом захвата (углом наклона режущей кромки к направлению движения машины), жестко закрепляя на подъемной раме.

Бульдозеры с поворотным отвалом, выполняю­щие планировочные работы, а также очистку поверхно­стей от строительного мусора, снега и т. п., работают в непрерывном режиме. Отделенный от массива грунт (или другие материалы) перемещается по отвалу вверх и в сторону его наклона в плане по винтовым траекто­риям 1.. При этом призма волочения, увлека­емая потоками грунта, непрерывно перемещается в сто­рону наклона отвала (направление 2) за его край и укладывается в виде валика параллельно с направлением призмы волочения на поворотном движения машины. Такое взаимодействие рабочего органа с грунтом, которое приводит к сдвигу грунта вдоль режущей кромки, называют косым резанием. При косом резании возникают дополни­тельные сопротивления перемещению грунта вдоль отвала.

Рисунок. Схема формирования волочения на поворотном в плане отвале

Благодаря универсальной толкающей раме можно применять различные виды отвалы, что позволяет использовать данный бульдозер в обширной области. Так как большая часть работ производимых дорожно-строительными машинами происходит с грунтами ­I - ­III категории целесообразно принять отвал общего назначения

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; положения отвала в плане; наклона отвала.

Угол резания грунта g – 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 g = 60-65°, а при разработке тяжелых грунтов g = 52-57°. Для изменения угла резания g бульдозеры оборудованы устройствами (механическими или гидравлическими), посредством которых меняют положение отвала. У бульдозеров с механическим приводом для изменения угла g 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 a – 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 a: при перемещении грунта — 90°; при разравнивании грунта — 120°; при засыпке траншей, канав и др. — 135°.

Угол наклона отвала j – 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°.