Лекция № 3 Машины для подготовительных работ

1 Назначение и классификация корчевателей, рыхлителей и кусторезов

2.Конструкции, тяговый расчет машин для подготовительных работ

3.Технологические схемы работы и силы, действующие на рабочие органы машины.

1. Назначение и классификация корчевателей, рыхлителей и

кусторезов

В практике дорожного строительства производству земляных работ предшествуют подготовительные работы: расчистка полосы отвода от леса и кустарника, корчевка пней, уборка валунов и больших камней, засыпка ям, удаление растительного слоя, планировка, рыхление плотных грунтов, прокладка специальных осушительных канав. С этой целью применяется специальное оборудование, как правило, на базе трактора для выполнения данного вида работ.

Кусторезы – предназначены для расчистки строительных площадок от кустарника и мелколесья (лиственные породы d 20-25 см, хвойные – 30-35 см). Их используют при прокладке трассы дороги, а также при устройстве просек в лесных массивах, освоения новых земель и мелиоративных работах. В зимнее время кусторезы применяются для очистки автомобильных дорог от снега.

Кусторезы классифицируют:

а) по принципу действия рабочего органа – на пассивные и активные;

б) по способу агрегатирования – на прицепные и навесные;

в) по типу управления рабочими органами – на канатные и гидравлические.

Корчеватели – предназначены для корчевки пней, расчистка полосы отвода от корней, больших камней и перемеіение их на небольшие расстояния, а также рыхления плотных грунтов перед проведением земляных работ.

Корчеватели могут быть с передним и задним навешиванием рабочего органа, с канатным или гидравлическим приводом рабочего органа.

Корчеватели-собиратели являчются навесным оборудованием к трактору и представляют собой решетчатый отвал с зубьями.

Рыхлители – являются навесным рабочим оборудованием и предназначены для предварительного рыхления плотных, каменных или мерзлых грунтов для облегчения работы землеройно-транспортных машин. Их применяют также для удаления из грунта корней, остатков пней и камней после работы корчевателя, а также для разрушения старых дорожных покрытий при ремонте автомобильных лесовозных дорог.

Рыхлители классифицируются по следующим признакам:

а) по назначению – на рыхлители общего назначения с глубиной рыхления до 1000 мм и специальные (для глубокого рыхления);

б) по номинальному усилию и мощности базового трактора – на сверхтяжелые с номинальным тяговым усилием больше 300кН (мощность более 294 кВт); тяжелые от 200 до 300 кН (184-294 кВт); средние – от 135 до 200 кН (117,6 – 183 кВт); легкие – до 135 кН (117,6 кВт);

в) по типу ходовой части базовой машины – на гусеничном ходу и колесные.

2. Конструкции, тяговый расчет, расчет основных параметров

Основными частями корчевателя являются : универсальная толкающаярама, с помощью которой рабочее оборудование навешивается на трактор; отвал с режущими ножами и гидропривод (ранее лебедки и канато-блочная система).

Основой прицепного рыхлителя является рама, которая крепится к буксирующему устройству трактора. На раме крепятся в гнездах с помощью клиньев сменные зубья, из специальной твердой стали. Ходовые колеса рыхлителя установлены на подъемной раме, соединенной шарнирно с основной рамой. В верхней части подъемной рамы установлена обойма полистпаста. При наматывании каната на барабан тракторной лебедки подъемнаяч рама поворачивается отнорсительно основной рамы и поднимает ее и рыхлитель переводится в транспортное положение. При ослаблении каната основная рама под действием собственной массы и балласта опускается и зубья заглубляются в грунт.

Навесной рыхлитель состоит из следующих основных частей: рама, рыхлительные зубы и гидроцилиндры, обеспечивающие подъем и опускание рабочего оборудования.

Необходимая для работы рыхлителя сила тяги определяется по сопротивлению грунта рыхлению:

W₁ = B ·h·k₀,

где B – ширина рыхления, м; h – глубина рыхления, м; k₀ – удельное сопротивление рыхлению, которое зависит от вида грунта, его значение может быть принято 100-200кН/м².

Сила тяги на крюке трактора не должна быть менее величины W₁, определенной по данной формуле; т.е. Т ≥W₁, где Т – сила тяги на крюке трактора на 1-ой передаче. Накопленный опыт работы рыхлителей позволил получить среднестатистическую зависимость тягового усилия от глубины рыхления (Рис.1), где 1 – талый грунт; 2 – мерзлый грунт.

Общее сопротивление перемещению корчевателя в рабочем положении:

W = W₁ + W₂+ W₃

где W₁ – сопротивление грунта рыхлению; W₂ – сопротивление извлечению из почвы пней; W₃ – сопротивление движению.

Сопротивление рыхлению грунта :

W₁ = (0,75 ÷ 0,8) k·b·h·s_p,.кН

где k - удельное сопротивление грунта рыхлению: для дернового покрова и грунта без корней – 20 ÷ 25 кН/м² ; для грунтов со значительным содержанием корней (50 – 100 кН/м²); b – ширина захвата (ширина зуба на кол-во зубьев), м; h – глубина рыхления, м; s_p - коэффициент полноты рыхления, учитывающий, что часть грунта между зубьями остается не разрыхленной s_p = 0,4 ÷ 0,6.

Сопротивление связанное с корчеванием и волочением пней, кустарников и т.п. определяется по формуле

W₂ = W₀ + G_k· f_k·K_k ,

где W₀ - сопротивление корчеванию, оно зависит от толщины пней:

Диаметр пня,см	10	20	30	40	50
Усилие, кН	18-20	50-55	75-95	105-160	180-210

G_к – сила тяжести, перемещаемого перед трактором пня, кустарника и т.п.; f_к = 0,4 ÷ 0,7 – коэффициент сопротивления перемещению пней и кустарника; K_k = 1,3 ÷ 1,5 – коэффициент, учитывающий одновременную корчевку (в процессе движения) кустарника.

Сопротивление перемещению определяется по формуле:

W₃ = (G_тр + G_об) (f ± i),

где G_тр и G_об – соответственно масса трактора и навесного оборудования,н; f – коэффициент сопротивления передвижению, его принимают 0,08 ÷ 0,15; i – уклон.

Работа корчевателя возможно лишь при соблюдении следующих неравенств:

T₁· k_g≥ W и T₁≤G_тр·φ_{cц ,} , л.с.

где Т₁ – толкающее тяговое усилие трактора, k_g – коэффициент динамичности · k_g = 1,5 ÷ 2,0; φ – коэффициент сцепления гусениц трактора с грунтом, который зависит от типа грунта и конструкции гусениц.

3. Технологические схемы работы. Силы, действующие на

рабочие органы машины

Дорожно-строительный отряд, который является комплексным потоком, состоит из комплексных бригад идущих одна за одной в соответствии с определенной технологической последовательностью.

Так, прорубка просеки проводится в зимний период для того, чтобы обеспечить хорошую просушку придорожной полосы весной, вывозку леса по зимним путям, а также для сокращения летнего пика потребности в рабочих.

Принцип работы кустореза состоит в следующем. Срезка деревьев и кустарника производится при поступательном движении машины, ножи рабочего органа которой выполнены пилообразными. Благодаря тому, что отвал в плане выполнен в виде треугольника, его ножи при перемещении постепенно погружаются в ствол дерева и, наконец, перерезают его.

Корчевка пней производится за счет толкающего усилия базового трактора при наезде на пень средними зубьями отвала. Разрушение связи корневой системы с окружающим грунтом происходит путем отрыва прикорневого массива грунта с заключенными внутри него корнями от окружающего грунта, обрыва корней и выдергивание их их грунта.

Рыхление грунта производится последовательными проходами рыхлителя в продольном или поперечном направлении. При этом происходит попеременное заглубление и выглубление зубьев в грунт.

Рассмотрим силы, действующие при работе машин. Со стороны кустореза на перерезаемое дерево действует сила тяги трактора Т, которая может быть разложена на перпендикулярную к поверхности ножа силу Р = Т·sin α и действующую вдоль ножа силу F = T· cos α. Сила Р – складывает дерево, а сила F его перерезает.

Между деревом и ножом развивается также сила трения Р_т = Р·μ= Т·μ sin α, где μ – коэффициент трения ножа о древесину, который может быть принять 0,25.

Очевидно, что должно иметь место неравенство F >P_т или T· cos α.> Т·μ sin α, откуда ctg α > μ. В противном случае нож завязнет в древесине. Обычно α≈ 30˚.

Со стороны дерева на кусторез действует сила Т₁ = Т. Под действием сил Т₁ и Р_т кусторез стремится повернуться относительно центра тяжести. Момент сил в этом случае определяется по формуле:

М_пов = Т₁·l₁+ Р_т·l₂ =Т (l₁+ l₂ μ sin α).

Противодействуют повороту силы сцепления, развивающиеся между гусеницами и грунтом. Момент этих сил определяется так:

,

где G – сцепная масса, φ_сц – коэффициент сцепления гусениц с грунтом.

Для работы кустореза должно соблюдаться неравенство:

М_уд > М_пов.

Для выбора параметров гидравлической системы рыхлителя необходимо найти максимальные усилия, которые развиваются при подъеме и заглублении его зубьев.

,

Производительность рыхлителя, м²/ч;

Производительность рыхлителя в м³/ч

,

где В – ширина полосы рыхления с учетом перекрытия соседней полосы, м; величина перекрытия полосы – 5 ÷ 10 см; h – глубина рыхления, м; L – длина захватки на которой работает рыхлитель; V – рабочая скорость рыхлителя м/ч; t_п – время, затрачиваемое на поворот, ч ; n – число проходов по одному месту; к_в – коэффициент использования времени; n₁ – число поворотов в час.

Производительность кустореза за смену, м²/см определяется по формуле:

Производительность кустореза в га:

где b – ширина захвата, м, v – рабочая скорость, м/ч, t – продолжительность смены ; к_в – коэффициент использования рабочей смены; n₁ – число поворотов в конце участка; t₁ – время, затрачиваемое на один поворот; n – число проходов по одному месту.