Конструкция грейдера*)
В конце 70-х годов прошлого века в России ежегодно выпускалось порядка 6500 автогрейдеров. В начале 90-х годов – почти вдвое меньше. Однако самые низкие показатели в отечественном производстве указанной группы машин отмечены в первой половине 2000-х годов, когда суммарный выпуск на четырех российских заводах – изготовителях автогрейдеров – Брянском арсенале, ЧСДМ, Дормаше и Ирмаше – упал ниже отметки 1000 единиц.. В 2007-м темпы выпуска выросли по сравнению с предыдущим годом на 20% и достигли 1284 штук.
Грейдер*) представляет собой землеройно-транспортную машину (ЗТМ), последовательно выполняющую операции копания грунта, заполнения отвала, транспортировку грунта в продольном и поперечном направлениях к оси земляного сооружения и укладку грунта в это сооружение.
Все операции рабочего цикла происходят при этом при поступательном движении машины.
Различают грейдеры прицепные (работающие в сцепке с гусеничным или колёсным тягачом) и самоходные, которые называют автогрейдерами. Первые сегодня не производятся и не присутствуют на рынке, поэтому в данных методических указаниях рассматриваются только автогрейдеры.
Современная конструктивная схема автогрейдера сложилась к концу 30-х годов ХХ века. Автогрейдер – самоходная пневмоколёсная машина с одномоторным приводом
(рис.1), которая состоит из следующих основных частей: основной рамы, тяговой рамы с
* Слово грейдер английского происхождения. Grader переводится на русский язык как нивелировщик, т.е. машина, которая может обеспечить очень точно (с помощью автоматики управления отвалом) заданные отметки грунта при его планировке.
поворотным кругом, отвала с ножом, двигателя, трансмиссии, ходовой части и системы управления. В отечественной практике, в силу особенностей климата, автогрейдер всегда комплектуется панорамной кабиной с усилением ROPS/FOPS.
Рис. 1. Конструктивная схема автогрейдера:
1-кирковщик-рыхлитель; 2-брызговик; 3-гидравлический бак; 4-моторный отсек; 5-тандем; 6-топливный бак; 7-кабина; 8-гидроцилиндр выноса тяговой рамы; 9-гидроцилиндр подъёма-опускания отвала; 10-тяговая рама; 11-основная рама; 12-бульдозерный отвал; 13-передняя ось; 14-поворотный круг; 15-отвал; 16-лестница
Машина может иметь дополнительное рабочее оборудование: уширитель отвала, откосник, кирковщик, а также сменное рабочее оборудование: отвал бульдозера, плуг снегоочистителя, дорожную фрезу и уплотняющий валец для откосов.
Главным видом рабочего оборудования является прямой отвал, который может принимать в пространстве любое фиксированное положение в зависимости от условий работ. Любое положение может быть определено при помощи углов, описанных ниже.
Рис. 2. Углы установки грейдерного отвала
Угол резания δ– угол между передней плоскостью ножа и направлением траектории движения машины (рис.2а). В зависимости от технологических условий величина этого угла варьирует от 28 до 70 градусов.
Угол захвата φ (рис. 2б) образуется между направлением движения машины и плоскостью отвала в плане. Этот угол позволяет не только перемещать грунт перед отвалом, но и сдвигать его в сторону. Величина этого угла у современных машин может быть любой, т.е. не только в пределах 40 – 50 градусов, но и 130 – 140 градусов, что позволяет работать машине задним ходом без разворота (путём реверсирования).
Угол наклона ν (перекоса) (рис. 2в) характеризует наклон овала в плоскости, перпендикулярной к траектории движения машины. Величина этого угла может изменяться от 0 до 90 градусов.
Отвалы автогрейдеров (рис. 3) изготавливаются сварными из фасованных элементов. К нижней части присоединяется плоский нож, заточенный с двух сторон, что позволяет при его повороте на 180 градусов увеличить срок службы. К обоим концам отвала также прикрепляют для повышения долговечности отвала два боковых (подрезающих) ножа.
Рис. 3. Тяговая рама и отвал автогрейдера:
1-отвальная балка; 2-поворотный круг 3-тяговая рама; 4-кронштейн; 5-нож подрезающий; 6-отвал; 7-опора; 8—фиксатор
Подвеска тяговой рамы к основной раме производится с помощью шарового шарнира спереди и трёх гидроцилиндров сзади (рис. 4).
Рис. 4. Подвеска тяговой рамы:
1-рычаг цилиндра выноса; 2-вилка; 3-рычаг правого цилиндра подъёма; 4-кронштейн основной рамы; 5-ось; 6--рычаг левого цилиндра подъёма; 7-болт-фиксатор; 8-втулка; 9-пружина
Конструкция автогрейдеров определяется колёсной формулой его ходовой части, которая выражается произведением трёх цифр: А×В×С,
где: А – число осей с управляемыми колёсами;
В – число осей с ведущими (приводными) колёсами;
С – общее количество осей.
Современные машины могут иметь колёсные формулы: 1×1×2, 1×2×2, 2×2×2, 1×2×3, 1×3×3 и 3×3×3. И в отечественной, и в зарубежной практике подавляющее большинство всех выпускаемых моделей – машины колёсной формулы 1×2×3. Это обстоятельство объясняется тем, что они характеризуются большим постоянством сцепной массы и тяги по сцеплению, лучшей планирующей способностью отвала, хорошим конструктивным распределением массы по осям и большей поперечной устойчивостью при работе. Недостатком трёхосных машин является большой радиус поворота, однако его можно уменьшить при использовании шарнирно-сочленённой рамы (рис. 5).
Шестиколесный привод (1×3×3) задействует весь вес грейдера и 6 шин для работы. Гидростатический или механический привод переднего моста увеличивает производительность при всех видах работ. Выполняя как легкие, так и тяжелые, грязные работы, грейдеры с шестиколесным приводом 6WD более производительны при любом применении по сравнению с традиционными аналогами, т.к имеют большую сцепную массу.
Рис. 5. Схемы движения автогрейдера с шарнирно-сочленённой рамой:
а - прямолинейное; б - поворот влево; в - прямолинейное со смещением передней оси (крабовое)
Автогрейдеры колёсной формулы 1×2×3 и 1×1×2, как правило, имеют механизм бокового наклона передних колёс (рис 6), позволяющий увеличить боковую устойчивость, как при горизонтальном положении машины, так при работе на поперечном уклоне.
Рис.6. Передняя ось с наклоном колёс:
1-колёсо; 2-вилка; 3-итяга; 4-ось крепления моста к раме; 5-штанга моста; 6-кривошип; 7гидроцилиндр; 8-балка; 9-вилка; 10-поворотная цапфа; 11-подшипник; 12-ступица; 13-подшипник; 14-цапфа; 15-прокладка; 16-гайка; 17-контргайка; 18-крышка
У трёхосных машин два задних моста попарно образуют тандем, установленный на балансире и позволяющий при работе колёсам принимать независимые положения по высоте. Привод ведущих осей автогрейдера производится всегда от дизельного двигателя (рис. 7) через механическую (сегодня только для лёгких машин) или гидромеханическую трансмиссии для средних или тяжёлых машин.
Рис. 7. Кинематическая схема автогрейдера с механической трансмиссией и раздельным приводом мостов:
1-двигатель; 2-муфта сцепления; 3-коробка выбора передач; 4-передний карданный вал; 5-передний мост; 6-передний мост тандема; 7-передний карданный вал тандема; 8-раздаточная коробка; 9-задницй карданный вал тандема; 10-задний мост тандема
Управление положениями отвала в процессе работы состоит в его подъёме – опускании (всего или одного из концов), поворота отвала в плане, в выдвижении его в сторону относительно тяговой рамы, выносе тяговой рамы вместе с неподвижным отвалом в одну из сторон, а также в изменении угла резания относительно неподвижной тяговой рамы. Указанные положения обеспечиваются гидравлическими двигателями.