РАЗДЕЛ II

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 621.878.23

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУЛЬДОЗЕРА ПРИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТАХ

А.И. Демиденко, К.Ю. Гатыч

ФГБОУ ВО «СибАДИ», Россия, г. Омск

Аннотация. В данной статье рассмотрены конструкции рабочего оборудования бульдозеров. Проведенный патентный обзор и анализ существующих конструкция показал что, применяемые рабочие органы имеют ряд недостатков, за счёт которых существенно снижается эффективность машины. Поэтому предлагается новая конструкция, позволяющая повысить эксплуатационные характеристики машины.

Ключевые слова: Бульдозер, бульдозерное оборудование, дополнительный отвал, повышение эффективности.

Введение

Увеличение объёмов строительства предполагает расширение сферы работ, связанных с перемещением значительных масс грунта. Землеройные машины, оснащенные отвальными рабочими органами, как наиболее универсальные, применяются для всех видов строительства. Это обусловлено простотой конструкции и технического обслуживания, мобильностью и

относительно низкой стоимостью. Машины с отвальными рабочими органами используются при 45 возведении насыпей, планировании и профилировании площадок и откосов, для устройства траншей, котлованов, каналов и т.д.

За последнее время в бульдозеростроении отмечаются тенденции повышения единичной мощности и размеров рабочих органов, увеличения разрабатываемых объемов грунта и уменьшения потерь при транспортировке.

Анализ патентного обзора и предлагаемое техническое решение

Известно рабочее оборудованиебульдозера [1], позволяющее повысить производительность за счёт транспортирования большего объема грунта при одинаковой мощности базового тягача.

Рабочий орган бульдозера включает основной отвал 1 с ножом 2, поворотный ковш 3 с боковыми стенками 4, днищем 5 с ножом 6, гидроцилиндры управления 7. Ковш 3 связан с основным отвалом 1 посредством проушин 8, закрепленных в верхней части основного отвала 1, и кронштейнов 9, выполненных на боковых стенках ковша 3. На внешней стороне ковша 3 закреплен дополнительный отвал 10 с ножом 11 (рисунок 1).

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Однако данный рабочий орган имеет существенный недостаток, заключающийся в невозможности захвата ковшом всей призмы волочения, а только части.

Известно рабочее оборудование бульдозера[2], позволяющее повысить производительность за счёт уменьшения потерь грунта в боковые валики при его наборе и загрузке, а также при дальнейшем транспортировании, включающее отвально-ковшовый рабочий орган, состоящий из основного отвала 1, на торцах которого жестко закреплены два кронштейна 2 с установленными в них осями 3, на которых с внутренней стороны отвала 1 шарнирно установлены два свободно вращающихся диска 4, и П-образная рама 5, выполняющая функции поворотного днища рабочего органа (рисунок 2).

КП-образной раме 5 шарнирно крепятся нижняя секция 6 поворотного днища, выполненная в виде отвала с режущей кромкой, и гидроцилиндры управления 7, закрепленные при помощи осей 8 на торцах основного отвала 1. На осях 8 шарнирно закреплены тяги 9, которые связывают основной отвал 1 с нижней секцией 6.

- невозможность разработки и перемещения грунта траншейным методом, т.к. тяги и гидроцилиндры управления поворотным днищем выходят за пределы рабочего органа.

- наличие свободно вращающихся дисков усложняют конструкцию рабочего органа, и допускается вероятность их заклинивания элементами грунта, что в свою очередь увеличит сопротивление резанию.

- при загрузке грунта верхняя фронтальная часть рабочего органа является открытой, что приведет к высыпанию набираемого грунта.

Известен бульдозерный рабочий орган с челюстным захватом [3], позволяющий повысить производительность, за счет исключения частых переместительных операций и увеличения его функциональных возможностей.

Тракторный бульдозер с челюстным захватом включает самоходное шасси 1, например, гусеничного или колесного трактора, бульдозерное оборудование 2 с челюстным захватом 3, кабину 4.

Бульдозерное оборудование состоит из отвала 5 с ножом 6, закрепленных на толкающих брусьях 7 с помощью шарниров нижних и верхних растяжек 8 с винтовыми муфтами для регулирования наклона отвала. Толкающие брусья соединены поперечной балкой 9 в передней части и образуют раму 10, которая имеет гидроцилиндр поворота 11. Отвал в верхней части снабжен кронштейнами 12, на которых крепятся подшипники 13. В подшипниках вмонтирован вал 14, на концах и в средней части которого закреплены рычаги 15 поворота челюстного захвата 3 и вала 14 рычагом, приводимым в действие гицроцилиндром 16, закрепленным на поперечной балке 9 рамы 10.

В нижней части челюстной захват снабжен ножом 17. С целью уравновешивания трактора и исключения его галлопирования при движении, когда отвал и челюстной захват заполнен грунтом, трактор снабжен противовесом 18 (рисунок 3).

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Рис. 3. Тракторный бульдозер с челюстным захватом

Однако рабочее оборудование имеет следующие недостатки:

-невозможность захвата челюстью всей призмы волочения, а только части.

-сложность конструкции.

Известно рабочее оборудование бульдозера [4], позволяющее увеличить производительность, за счет увеличения объема перемещаемого материала.

Бульдозер содержит базовую машину, толкающие брусья основного отвала с гидроприводом, H-образную раму с дополнительным отвалом, соединенную шарнирами с базовой машиной и шарнирами с гидроприводом дополнительного отвала.

Однако данное техническое решение имеет свои недостатки:

-сложность конструкции.

-повышенная металлоемкость.

-транспортирование двух призм волочение создает дополнительное сопротивление

транспортируемого грунта, тем самым увеличив производительность бульдозерного агрегата. Целью разработки данной конструкции является снижение энергоёмкости процесса копания и

повышение производительности бульдозерного агрегата. Повышение производительности происходит за счёт увеличения объёма транспортируемого грунта, так как весь перемещаемый грунт складывается из призмы волочения, формируемой дополнительным отвалом, и из объема грунта в так называемом ковше, сформированным режущим днищем и двумя боковыми стенками, прикрепленными к тыльной части дополнительного отвала. Энергоёмкость снижается, поскольку часть объёма грунта перемещается в ковше, без трения по грунтовому основанию, что значительно снижает силы сопротивления, возникающие при работе бульдозерного агрегата.

Рабочий орган бульдозера включает основной отвал 1 с ножом 2, поворотный ковш 3 с боковыми стенками 4, днищем 5 с ножом 6, гидроцилиндры 9 (ГЦ). Ковш 3 связан с основным отвалом 1 посредством криволинейных кронштейнов 7 и кронштейнов 8. Одними концами криволинейные кронштейны 7 жестко закреплены к боковым стенкам ковша 3, другими соединены с ГЦ 9, которые в свою очередь закреплены шарнирно с кронштейнами 10 на задней стенке основного отвала 1. Кронштейны 8 жестко закрепленные на задней стенке основного отвала 1 и имеют ролики 11, по которым перемещается, с помощью пазов, криволинейные кронштейны 7, приводимые в действие ГЦ 9. Днище 5 с ножом 6 направлены в сторону отвала 1. Ширина ковша выполнена по всей длине отвала 1. На внешней стороне ковша 3 закреплен дополнительный отвал 12 с ножом 13(рисунок 4).

Предлагаемая конструкция работает следующим образом. Перед началом работы основным отвалом 1 поворотный ковш 3 предварительно сдвигается вперед ГЦ 9 по роликам 11(рисунок 4).

Нож 2 заглубляется и происходит копание и формирование призмы волочения (рисунок 4). После набора призмы волочения отвалом 1 ковш 3 возвращается назад и сдвигает призму к отвалу 1, размещая весь грунт между двумя отвалами в ковше 3, а нож 13 отвала 12 заглубляется, и дальнейшее копание грунта и перемещение призмы волочения производится

дополнительным отвалом 12 (рисунок 4).

Техника и технологии строительства, № 4 (8), 2016 http://ttc.sibadi.org/

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Рис. 4. Процесс формирования призмы волочения дополнительным отвалом при заполненном ковше

Объём призмы волочения перед отвальной поверхностью предлагаемой конструкции, определяется по формуле [5]:

где Vпр – объем призмы волочения,

kв – коэффициент использования бульдозера по времени, kв = 0,85 , kукл – коэффициент, учитывающий уклон местности,

Tц – продолжительность рабочего цикла.

Производительность бульдозера с предлагаемым рабочим органом определяется по формуле:

где Vк – объем ковша,

Tц1– продолжительность рабочего цикла с предлагаемым рабочим органом.

Продолжительность рабочего цикла с предлагаемым рабочим органом определяется по формуле:

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

В формуле (3) используется объем двух призм волочения, так как кинематика дополнительного отвала предлагаемой конструкции позволяет захватывать ковшом всю призму волочения, образованную основным отвалом (рисунок 5).

Рис. 5. Процесс захвата призмы волочения ковшом дополнительного отвала

По результатам расчётов был построены графики зависимостей производительности бульдозера от дальности транспортирования грунта и зависимости объёма перемещаемого грунта от тягового усилия бульдозера (рисунок 6).

49

а) б)

Рис. 6. Графики зависимостей: а) производительности бульдозера от дальности транспортирования грунта; б) объёма перемещаемого грунта от тягового усилия бульдозера

Расчёты показывают, что применение рабочего органа предлагаемой конструкции позволяет увеличить производительность на77% по сравнению с традиционным прямым отвалом.

Выводы

Расчёты показали, что бульдозеры фирмы Liebherr от 724 до 764 модели, оборудованные предлагаемым рабочим органом способны увеличить объём перемещаемого грунта в 2 раза. Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1.Применение новой конструкции на различных типах бульдозерных агрегатов позволяет увеличить объём перемещаемого грунта на 100%.

2.Производительность бульдозерного агрегата, оборудованного данной конструкцией, увеличивается на 77%.

Библиографический список

1.Пат. 32795 РФ: МПК Е 02 F 3/76: Рабочий орган бульдозера / А.И. Демиденко; Демиденко А.И. –

№2003117916/20; заявл. 16.06.2003; опубл. 27.09.2003, Бюл. № 27.

2.Пат. 2359086 РФ: МПК Е 02 F 3/76. Отвально – ковшовый рабочий орган / Е.В. Курилов, А.А. Алексеев; ФГБОУ ВПО «ЯГТУ» 2007144951/03; заявл. 03.12.2007; опубл. 20.06.2009, Бюл. № 17.

3.Пат. 2206669 Российская Федерация: МПК Е 02 F 3/76. Тракторный бульдозер с челюстным захватом / Л.Е. Сорокин; Сорокин Л.Е. – № 2001110196/03; заявл. 13.04.2001; опубл. 20.06.2003, Бюл. № 17.

4.Пат. 2139391 РФ: МПК Е 02 F 3/76. Бульдозер / Е.А. Харац, Р.Ф. Валеев; Тюменский государственный