6. Бульдозеры

Бульдозер- выемочно-транспортирующая машина состоящая из базовой машины (тягача) и бульдозерного оборудования.

Бульдозеры применяются для выполнения следующих работ:

1. Разработке выемок и полувыемок на косогорах.

2. Разработке неглубоких выемок на горизонтальных участках местности с перемещением породы в отвал.

3. Сооружение насыпей с перемещением породы из резерва

4. Выравнивание рельефа местности при строительстве дорог.

5. Зачистки экскаваторных уступов.

6. Планировки породы в отвалах.

7. Засыпки рвов, ям и канав.

8. Планировки строительных и аэродромных площадок.

9. Расчистки площадей от камней, пней, леса, снега и т.д.

В качестве базовых тягачей используются гусеничные тракторы мощностью от 120 до 600 л.с., реже колесные тягачи мощностью от 160 до 800 л.с.

В зависимости от условий работы, мощности и типа бульдозера заполнение отвала производиться на скоростях 2,5…8,0 км/час для гусеничного и 3,5…10 км/час для колесного перемещения грунта соответственно на скоростях 4…10 и 6…12 км/час, холостой ход на скоростях 8…12 и 10…20 км/час.

6.1. Бульдозерное оборудование.

1. Отвал;

2. Толкающие брусья;

3. Подкосы;

4. Механизм подъема и опускания отвала;

Толкающие брусья изготавливаются в виде балок коробчастого или круглого сечения.

На одном конце брусьев шарнирно крепится отвал. Второй конец шарнирно соединяется с рамой гусениц или ходовой рамой машины.

Подкосы служат для изменения угла установки отвала в вертикальной плоскости, обычно на угол до 20 градусов.

Подкосы выполняются в виде:

1. труб постоянной длины с проушинами на обеих концах для соединения с отвалом и напорной балкой. Изменение угла наклона осуществляется за счет перестановки подноса в регулировочных отверстиях балки;

2. труб с правой и левой резьбой на концах, навинчивающихся на винтовые стерпони, укрепленные в шарнирах отвала и балки;

3. гидроцилиндров. В последних двух случаях изменение угла установки отвала в вертикальной плоскости осуществляется за счет изменения длины подкосов.

Механизм подъема и опускания отвала может быть :

- канатный,

- гидравлический,

Канатный механизм применяется в настоящее время редко, в основном для машин большой мощности, работающих в условиях низких температур. Внедрение отвала в грунт осуществляется у таких машин за счет только веса отвала. Поэтому для эффективной работы вес таких отвалов должен быть значительным.

Гидравлический механизм подъема выполняется в виде 2х гидроцилиндров. Нашел в настоящее время широкое применение.

Он позволяет обеспечить значительные напорные усилия отвала на грунт (до 0,5 от веса трактора).

Отвал представляет собой сварную конструкцию из листовой стали.

В зависимости от условий работы отвалы имеют следующие формы: Прямой отвал имеет прямую образующую, небольшие изогнутые боковые щитки и боковые ножи, уменьшающие износ щитков. Ножи отвала съемные и состоят из небольших частей. Применяется для разработки крепких грунтов. Масса отвала 20…22% от массы трактора.

Универсальный отвал аналогичен по конструкции прямому, только немного шире и ниже. Этот отвал еще называется поворотным и может быть установлен на угол к оси машины в плане.

Применяется для планировочных работ. Отвал пригоден только для гусеничных тягачей, так как колесные тягачи не приспособлены к восприятию сильных боковых нагрузок.

Масса близка к массе прямого отвала.

Сферичный отвал имеет криволинейную образующую. Изогнутая форма отвала обеспечивает косое резание и несколько уменьшает сопротивление перемещения отвала на 10-12 градусов.

Такой отвал также перемещает большой объем чем прямой отвал (на 20-25%).

Применяется для разработки легких и средних грунтов при значительной длине транспортировки.

Масса отвала на 10% больше прямой.

Отвалы с рыхлящими боковыми зубъями.

Устанавливается на мощных тягачах с установленной мощностью не менее 250 л.с. Отвал обеспечивает рыхление и перемещение грунта. Боковые зубья могут опускаться ниже уровня ножа отвала на 20…30 см. Размеры такие, как и у прямого отвала.

Применяется для разработки очень крепких грунтов при небольшой длине транспортировки (зубья при транспортировке поднимаются).

Короткий прямой отвал имеет длину короче прямого и снабжен амортизатором.

Предназначен для выполнения земляных работ и в качестве толкача скреперов при заполнении последних грунтом.

Масса отвала 17…18% от массы гусеничного трактора.

Геометрия отвала

1. нож

2. передний мост отвала

3. нижняя коробка жосткости

4. верхняя коробка жесткости

5. козырек

6. тыльная сторона отвала

Геометрия отвала характеризуется следующими параметрами:

В- ширина отвала

Н- высота

Н1- высота козырька

а- длина прямого участка отвала

δ- угол резания

ß-угол заострения

- задний угол

φ- угол захвата

R-радиус кривизны поверхности отвала

-угол опрокидывания

ε-угол наклона отвала

Ширина отвала. Минимальная ширина отвала выбирается так, что бы отвал, повернутый на минимальный угол, перекрывал габариты базовой машины по ширине не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

При соблюдении этого условия возможна работа бульдозера трансшейным способом и по одному следу.

Ширина отвала принимается равной:

- для тяжелых условий

- для легких условий

Н- высота отвала;

А- ширина гусеничного хода или можно принимать

В=0,6;

N- мощность тягача, л.с.

Высота отвала для бульдозеров неповоротным отвалом принимается равной:

Для тяжелых условий работы :

Для легких условий работы :

Поворотные отвалы на 15…20 % ниже неповоротных и на 20…30 % шире.

Высота козырька принимается равной

Угол резания δ сказывает большое влияние на энергоемкость процесса резания. С уменьшением δ энергоемкость резания уменьшается. Рекомендуется принимать δ:

- неповоротного отвала δ=55º

- для поворотного отвала δ=50-55º

При δ меньше 50º прочность режущей кромки получается недостаточной. Задний угол по условиям работы бульдозера траншейным способом должен быть не менее углов подъема и спуска (углов образуемых поверхностью земляного откоса с горизонтом)

Рекомендуется принимать задний угол =30…35º. Угол заострения ß может быть определен из соотношения ß= δ-.

Угол захвата =45…50º.

Угол опрокидывания выбирается таким образом, что бы исключить возможность пересыпания груза через отвал. Обычно значение этих углов принимаются:

• для неповоротных отвалов – 70-75º

• для поворотных отвалов – 65-75º

Радиус кривизны поверхности отвала

R приближенно может быть принят равным:

- для неповоротных отвалов

R=Н

- для поворотних отвалов

R=0,8Н

Ширина ножа обычно равна

а= (0,12…0,15)Н

Угол наклона отвала принимается ε обычно равным 75º.

Угол установки козырька принимаются равным 90…100º для обоих типов отвалов.

6.2. Основные параметры бульдозера

Значение основных параметров гусеничных бульдозеров с двигателем мощностью от 25 до 310 л.с. могут быть определены по этим эмпирическим формулам:

1. Номинальное тяговое усилие, кгс

кгс

где N – мощность трактора, л.с.

2. Полный вес

кг

3.Вес рабочего оборудования

кг

4. Наибольший подъем отвала

Лекция 22.

6.3. Тяговый расчёт бульдозера

Общее сопротивление перемещению бульдозера при резании грунта:

,

где Р_р – сила сопротивления резанию,

Р_тр1 – сила трения ножа о грунт,

Р_пр – сила сопротивления призмы волочению,

Р_в – сила сопротивления движению, машины от перемещения грунта вверх по отвалу,

Р_{пер. б.} – сила сопротивления бульдозера перемещению

Сила сопротивления резанию грунта:

, кгс,

где К_р – удельное сопротивление грунта резанию, даН/см².

Значение К_р может быть принято:

- песок, супесь – К_р=0,10,3 даН/см²;

- суглинок, лёгкая глина – К_р=0,30,6 даН/см²;

- средняя глина, мягкий уголь – К_р=0,51,3 даН/см²;

- тяжёлая глина, уголь средней крепости – К_р=1,32,5 даН/см²;

- мягкий известняк, крепкий угол – К_р=3,05,5 даН/см²;

Значение «К» в формуле Н. Г. Домбровского (которая используется при определении сопротивления резанию ковшом экскаватора) в 1,52,0 раза больше «К_р». Это связано с тем, что «К» учитывает и сопротивления трения и перемещения грунтов ковша.

Сила трения ножа о грунт.

,

где f₁ – коэффициент трения стали по грунту, f = 0,25÷1,0.

P_n – сила сопротивления внедрению лезвия отвала в грунт.

где K_в – удельное сопротивление внедрению лезвия в грунт, даН/см².

Величина K_в>K_p , так как порода находится в условиях близкого к всестороннему сжатию. Для ориентировочных расчетов .

F – проекция площадки затупления лезвия отвала на плоскость резания, см².

где -- линейный износ лезвия отвала, см

Сопротивление перемещения призмы волочения.

где V – объем призмы волочения, м³;

-- объемный вес породы, даН/ м^3;

f₂ – коэффициент внутреннего трения;

Между коэффициентом внутреннего трения f₂ и коэффициентом трения стали по грунту f₁ имеется зависимость (приближенная):

Для песка, гравия и растительного слоя f₂ находится в пределах , а для сухой глины .

Объем призмы волочения можно определить по формуле:

Несвязные породы		Связные породы
H/B	m	H/B	m
0,15	1,10	0,15	0,70
0,30	1,15	0,30	0,80
0,35	1,20	0,35	0,85
0,40	1,30	0,40	0,90
0,45	1,50	0,45	0,95

Сопротивление Р_пр можно определить по приближенной формуле:

, даН

V – объем призмы волочения, м³

Сопротивление движению машины от пермещения грунта вверх по отвалу:

,

где , a

Тогда выражение для P_в будет:

где G_пр – вес призмы волочения,

Ориентировочно сопротивление Р_в можно определить так:

, даН

V – объем призмы волочения, м^3.

Сила сопротивления бульдозера перемещена на подъем или под уклон равна:

G – вес бульдозера

- yгол наклона местности, град

- коэффициент сопротивления передвижению

Среднее значение коэффициента сцепления и коэффициента сопротивления передвижению колесных и гусеничных машин

Дорожные условия	Тип ходовой части
	пневмошины		гусеницы
1. Дороги с улучшенным покрытием	0,015	0,7	0,06	-
2. Улатанная сухая проселочная дорога	0,03…0,05	0,6…0,9	0,06…0,07	0,9…1,1
3.Свежевзрыхленный грунт	0,16	0,4	0,10	0,7
4. Песок сухой…	0,20	0,3	0,15	0,4
5. Песок влажный…	0,16	0,4	0,10	-
6. Снег…	0,15	0,3	0,10	0,6

Полученное значение общего сопротивления может быть использовано для определения таких параметров:

1. Работоспособности машин при заданных параметрах стружки и скорости движения, для чего необходимо, чтобы было выполнено условие:

где сила тяги по сцеплению,

, даН

сцепной вес машины, даН

- коэффициент сцепления (таблица)

- сила тяги по мощности двигателя

, даН

N- мощность двигателя, л.с.

v- скорость машины, м/сек

- к.п.д. трансмиссии

2. Минимального значения сцепного веса машины:

даН

3. Минимальной мощности двигателя тягача:

л.с.

4. Скорость движения машины:

5. Максимальной толщины срезаемой стружки, для чего в начале находят:

При этом имеется в виду, что , что приведет к буксованию машины при , но машина не заглохнет.

Далее определяем толщину стружки С, как:

Ориентировочно значение мощности двигателя тягача бульдозера может быть принято:

, л.с.

6.4. Определение производительности бульдозера

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется по формуле:

;

где V- объем грунта (в плотном теле перед отвалом)

m- коэффициент, определяется в зависимости от отношения Н/в и типа породы; равен 0,7…1,5.

коэффициент разрыхления грунта

коэффициент использования бульдозера во времени,

коэффициент, учитывающий влияние уклона местности, определяется по таблице:

Угол подъема, град		Угол наклона, град
0…5	1,0…0,67	0…5	1,0…1,33
5…10	0,67…0,50	5…10	1,33…1,94
10…15	0,50…0,49	10…15	1,94…2,25
-	-	15…20	2,25…2,68

производительность цикла, сек

сек

где длина пути резания, м

длина пути перемещения грунта (до 100м).

- скорость машины при резании грунта, м/сек;

- скорость машины при перемещении грунта, м/сек;

- скорость холостого хода бульдозера, м/сек;

Значения , , указаны выше.

- время необходимое на разворот машины, сек =10 сек

- время на опускание отвала, =10…12 сек

- время на переключение передач, =4…5 сек

Производительность бульдозера при планировочных работах определяется по формуле:

где длина планируемого участка, м;

- угол захвата отвала;

- число проходов по одному месту, =1…2;

рабочая скорость движения трактора, м/с;

м/сек

0,5- величина перекрытия проходов, м:

время на разворот трактора, сек,

Максимальная длина транспортировки грунта бульдозерами обычного исполнения не превышает 100 и 110 м (большее значение для мощных бульдозеров).

Наиболее эффективная работа бульдозера под уклон и в условиях, где грунт перемещается на расстояние 15…30 м в зависимости от ножа отвала, рода и состояния грунта.

При работе спаренных бульдозеров расстояние перемещения грунта может быть увеличено на 20…25%.

При работе с двух тракторов на один общий бульдозерный отвал резко увеличивается обьем перемещаемой породы (при N=400 л.с. каждый, объем грунта перед отвалом достигает 30м).

Техническая характеристика бульдозеров (СНГ)

1. Мощность двигателя, л.с. – 180…430

2. Ширина отвала, м – 3,2…4,5

3. Высота отвала, м – 1,2…1,65

4. Вес с навесным оборудованием, т – 14…25

5. Максимальная скорость, км/час – 11…40

6. Тяговое усилие, т – 8,6…22

Типы: Д-522, Д-581, Д-661, Д -384А.

Лекция 23