П рактическая работа №6

7. Бульдозеры и бульдозерно-рыхлительные агрегаты

7.1. Назначение, классификация и область применения

бульдозеров и рыхлителей

Бульдозер является навесным, в виде отвала с ножом, оборудованием к тракторам и тягачам и представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину, предназначенную для послойного срезания грунтов и материалов и перемещения их на расстояние до 150 м [4,5,6,7].

Бульдозеры предназначены для возведения насыпей, рытья котлованов и траншей, разравнивания отсыпанного грунта, выполнения планировочных и других работ.

Из вспомогательных работ наиболее часто бульдозеры применяют для расчистки площадок от леса, кустарника, удаления растительного слоя, снега, негабаритных бутов, засыпки выемок, сооружения дамб, строительства и поддержания дорог и т. д.

Помимо основного рабочего органа – отвала на раму бульдозера могут быть навешены устройства для толкания скреперов, рыхлители, кусторезы, канавокопатели, корчеватели и другое сменное оборудование, что значительно расширяет область применения бульдозеров.

К параметрам, которыми характеризуются бульдозеры, относятся тяговое усилие; мощность двигателей базовой машины; положение центра масс; передняя рабочая и задняя скорости; длина продольной базы ходовой части; колея гусениц или колес; ширина гусениц или размер шин колес; дорожный просвет; радиус поворота; удельное давление и эпюра давлений на грунт; габаритные размеры.

Главным параметром бульдозера считается номинальное тяговое усилие, основными параметрами – масса и мощность. Бульдозеры классифицируют по назначению, типу ходовой части, конструкции рабочего оборудования, форме и назначению рабочего органа, типу привода рабочего оборудования и номинальному тяговому усилию базовой машины (тяговому классу по мощности двигателя) [1,2,6,7].

П о н а з н а ч е н и ю различают бульдозеры общего назначения и специальные.

Бульдозеры общего назначения используют для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ на различных грунтах и породах как в климатических условиях умеренной зоны с температурой окружающей среды ±40⁰ С (бульдозеры обычного исполнения), так и в условиях холодного климата с температурой воздуха

до –60⁰ (бульдозеры в северном исполнении). В маркировке последних ставятся буквы “ХЛ”.

Специальные бульдозеры предназначены для выполнения целевых работ в ,специфических грунтовых или технологических условиях. Выпускают бульдозеры-путеукладчики, используемые при прокладке дорог и железнодорожных путей, бульдозеры-толкачи – для работы со скреперами, трюмные бульдозеры – для штабелирования материалов и полезных ископаемых в трюмах судов, подземные бульдозеры – для работы в шахтах, штольнях, тоннелях, подводные бульдозеры – для работы в воде. Иногда к специальным относят и бульдозеры для работы в условиях холодного климата.

П о т и п у х о д о в о й части выпускают гусеничные и пневмоколесные бульдозеры.

Гусеничные бульдозеры распространенны наиболее широко, так как могут быть использованы в тяжелых грунтовых условиях.

Пневмоколесные бульдозеры применяют в более легких грунтовых условиях и при необходимости частого перебазирования с объекта на объект.

На горных предприятиях применяются преимущественно бульдозеры на гусеничном ходу, но в последние десятилетия находят все более широкое применение и колесные бульдозеры, которые по сравнению с гусеничными обладающие большей маневренностью и мобильностью, имеют более выгодное соотношение веса, мощности и скорости, а следовательно, в ряде случаев являются более производительными и экономичными. Эти машины не нуждаются в трейлере при их транспортировании по дорогам с твердым покрытием.

Наряду с высокими качествами весьма подвижной и скоростной машины, колесные бульдозеры отличаются меньшими усилиями заглубления ножа в породу, худшим сцеплением колес с грунтом, значительным износом шин, особенно при разработке разрыхленных скальных пород и при перемещении по неровному скальному основанию. Срок службы их меньше, чем гусеничных бульдозеров. Несмотря на это колесные бульдозеры являются весьма перспективными машинами, получающими все большее распространение в самых разнообразных, в том числе и сложных, горнотехнических условиях карьеров.

П о к о н с т р у к ц и и р а б о ч е г о о б о р у д о в а н и я различают бульдозеры с неповоротным отвалом в плане, с поворотным отвалом и универсальные.

В бульдозерах с неповоротным отвалом последний установлен перпендикулярно продольной оси базовой машины, жестко связан с толкающими брусьями и может подниматься и опускаться только в вертикальной плоскости вместе с передними концами брусьев. Бульдозер этого типа транспортирует разрабатываемую породу в направлении движения трактора. Для перемещения породы в сторону от пути движения необходимо изменять направление движения трактора или выполнять эту работу другим бульдозером.

В бульдозерах с поворотным отвалом он может быть установлен как перпендикулярно продольной оси машины, так и под определенным углом в горизонтальной плоскости в обе стороны от основного положения. Такие бульдозеры могут транспортировать разрабатываемый материал в направлении движения трактора и перемещать его в сторону от пути его движения.

Универсальные бульдозеры оборудованы шарнирно-сочлененным отвалом из двух одинаковых частей, которые могут быть установлены перпендикулярно продольной оси машины, под углом в одну любую сторону или под углом в разные стороны и могут перемещать материал по ходу движения трактора, перемещать его в одну или в две стороны от направления движения.

Иногда универсальными бульдозерами называют и бульдозеры с поворотным отвалом.

В большинстве бульдозеров всех названных типов отвал может поворачиваться в вертикальной плоскости вперед-назад по ходу машины в вертикальной плоскости, изменяя угол резания в пределах 4…6⁰, и в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси машины, обеспечивая угол поперечного перекоса от 0⁰ до 12 ⁰ в обе стороны для облегчения разработки тяжелых грунтов и материалов и проводения планировочных и зачистных работ на наклонных площадках.

Универсальные бульдозеры и бульдозеры с поворотным отвалом приспособлены для выполнения всех перечисленных выше работ, причем большинство из них выполняют более успешно, точно и с меньшими потерями перемещаемой породы в более сложных условиях эксплуатации, чем машины с неповоротным отвалом. Однако у последних ходовая часть изнашивается менее интенсивно, чем у бульдозеров с поворотным отвалом и универсальных. Вследствие этого универсальные бульдозеры, как правило, отличаются меньшей надежностью в эксплуатации. Они также более сложны в обслуживании и ремонте, а их стоимость обычно на 10 – 15 % выше стоимости бульдозеров с неповоротным отвалом.

Бульдозеры с поворотным отвалом и универсальные наиболее целесообразно применять при производстве земляных и строительных работ, отличающихся часто изменяющимися разнородными процессами производства, там, где они наилучшим образом отвечают заданным условиям работы, особенно на строительстве дорог, насыпей, засыпке траншей, разработке грунтов на косогорах, спусках и т.п.

П о ф о р м е р а б о ч е г о о р г а н а различают прямой полусферический и сферический отвалы, п о н а з н а ч е н и ю – землеройный, скальный, снежный, угольный отвалы, а также отвалы для толкания скреперов, уборки древесных отходов, мусора.

У прямого отвала – одинаковая форма по всей ширине. Концы полусферического отвала загнуты вперед на ширину боковых ножей. У сферического отвала боковые секции выдвинуты вперед на 1/3 ширины отвала. Полусферические и сферические отвалы состоят из трех – пяти частей, установленных под углом около 15⁰ один к другому, и предназначены для работы на кусковых и сыпучих материалах.

Для расширения области применения бульдозеры общего назначения и специальные снабжаются отвалами с челюстными гидроуправляемыми захватами для перемещения материалов на большие расстояния или под водой, отвалами с двумя отвальными поверхностями для работы передним и задним ходом, а также дополнительным быстросъемным сменным оборудованием – откосниками, открылками, уширителями, удлинителями, канавными вставками, лыжами, вилами, кусторезными вставками.

Землеройный отвал используют при разработке грунтов и насыпных материалов. Скальный отвал с лобовым листом большой толщины и усиленной металлоконструкцией предназначен для перемещения горных пород и крупнокусковых материалов. Снежный отвал, состоящий из двух половин, установленных под определенным углом одна к другой, применяют при уборке снега. Угольный отвал используют при складировании материалов. Отвал для толкания скреперов усиливают в средней части толстым листом. Отвалы для уборки древесных отходов и мусора изготовляют больших размеров и снабжают прорезным козырьком.

П о т и п у п р и в о д а р а б о ч е г о о б о р у д о в а н и я (способу управления отвалом) различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением.

При канатно-блочной системе управления опускание отвала и врезание ножей осуществляется под действием собственного веса отвала, а подъем его посредством стального каната, навиваемого на барабан лебедки, приводимой от вала отбора мощности коробки перемены передач трактора.

У бульдозеров с гидравлическим управлением опускание и подъем отвала производятся с помощью гидроцилиндров, соединенных с подвижной рамой бульдозерного оборудования. Давление масла в системе гидравлического управления создается насосом, который приводится в движение от вала отбора мощности коробки передач.

Бульдозеры с канатно-блочным управлением до последнего времени были наиболее распространены на карьерах. Они отличаются простотой конструкции, достаточной надежностью, особенно при низких температурах. Вследствие возможности подъема отвала на достаточно большую высоту они имеют хорошую проходимость по пересеченной местности, при преодолении неровностей, канав, крутых подъемов и спусков. По сравнению с бульдозерами с гидравлическим управлением они имеют на 10 – 12% меньший вес, в связи с чем создают меньшее давление на грунт. Их канатная система способна развивать большие усилия при подъеме отвала вверх.

Наряду с достоинствами канатно-блочная система имеет серьезные недостатки, ограничивающие применение с таким управлением при проведении открытых горных работ. К их числу относится невозможность принудительного заглубления ножей отвала в породу, что резко снижает эффективность их применения в плотных и неразрыхленных породах. Поэтому в настоящее время большинство бульдозеров, работающих на карьерах, имеет гидравлическое управление.

Бульдозеры с гидравлическим управлением обеспечивают заглубление отвала в породу, что позволяет разрабатывать не только плотные, слежавшиеся, предварительно неразрыхленные полускальные породы, но также грунты, промерзшие на глубину до 350 мм. Кроме того, на бульдозерах с гидравлическим управлением можно фиксировать положение отвала на определенной высоте, что облегчает труд машиниста и повышает точность и качество выполняемых работ. Значительные усовершенствования гидравлических систем управления, проведенные в последние десятилетия, позволили обеспечить их высокую надежность в различных условиях эксплуатации.

П о н о м и н а л ь н о м у т я г о в о м у у с и л и ю и м о щ н о с т и д в и г а т е л я базового трактора бульдозеры делятся на классы

Гусеничные бульдозеры общего назначения предусмотрены пяти типоразмеров с неповоротными и поворотными отвалами тяговых классов 3, 4, 10, 15, 25, 35 и 75. На колесные бульдозеры типажом предусмотрены восемь типоразмеров тягового класса 0,6; 0,9; 1,4; 3; 5; 10; 15; 25.

В настоящее время отечественные бульдозеры серийно выпускаются на базе гусеничных тракторов тяговых классов 100, 150, 250, 350 и 750 кН, на базе колесных тягачей – классов 60, 100 и 250 кН. Технические характеристики базовых тракторов и тягачей приведены в разделе 2.1.

Кроме классификации по приведенным выше признакам бульдозеры различаются п о р а с п о л о ж е н и ю к а б и н ы на базовой машине: обычно кабину размещают в задней или в средней ее части, но на некоторых типах бульдозеров – впереди машины со стороны бульдозерного оборудования.

Колесные бульдозеры могут быть с жесткой и шарнирно-сочлененной рамой; с механической, гидромеханической и электромеханической трансмиссией; с дизельным и дизель-электрическим приводом.

Среди технических средств мобильной техники на карьерах применяют также рыхлители и бульдозеры-рыхлители (бульдозерно-рыхлительные агрегаты), работающие, как правило, с гусеничными тракторами.

Рыхлитель представляет собой прицепное или навесное оборудование к трактору, которое может разрушать горную породу, отделяя ее от массива в виде крупных глыб или кусков.

Рыхлители служат для предварительного рыхления в основном тяжелых и плотных пород с коэффициентом крепости 4 – 6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, которые не могут быть эффективно и экономично разрушены экскаваторами, бульдозерами, скреперами. Они могут работать на различных грунтах в зависимости от мощности тягача и конструкции рыхлителя. Ограничивают их применение только монолитные нетрещиноватые породы вулканического происхождения (граниты, гнейсы, кварциты, базальты и др.). Наиболее целесообразно использовать рыхлители на плотных глинах, мергелях, сланцах, песчаниках, известняках, трещиноватых известняковых доломитах, на легко разбросанных и выветрившихся скальных породах. Мрамор, гнейс, кварцит и другие породы метаморфического происхождения хорошо разрушаются рыхлителем при наличии трещин или слоистой структуры. Рыхлители находят применение также на мерзлой корке мягких пород. С повышением влажности горных пород обычно облегчается процесс их рыхления. Рыхлители часто используются в комплекте с другими машинами: бульдозерами, скреперами, погрузчиками и экскаваторами. Возможность механического рыхления грунтов позволяет отказаться от применения буровзрывных работ или значительно уменьшить их объем.

По сравнению с буровзрывными работами механическое рыхление в ряде случаев оказывается более экономичным. Стоимость рыхления навесными рыхлителями известняков, песчаников, сланцев, мергелей составляет 18 – 55% стоимости их рыхления буровзрывным способом , а в отдельных случаях оказывается ниже в два – три раза [6,7].

Помимо экономической целесообразности применение рыхлителей имеет и ряд других преимуществ:

высокая маневренность тракторов с рыхлителями облегчает ведение послойной раздельной выемки;

возможность достижения различной степени рыхления в зависимости от машин, применяемых для дальнейшей разработки;

однородность рыхления пород, отсутствие негабаритных кусков, обычно неизбежных при буровзрывных работах;

возможность применения вследствие мелкого рыхления для погрузки пород в транспортные средства погрузчиков вместо экскаваторов и бульдозеров для перемещения разрыхленной горной массы на небольшие расстояния;

отсутствие необходимости в создании складов взрывчатых веществ, содержании буровзрывного оборудования, применении транспортных средств для перевозок инструмента, взрывчатых материалов и т. д.;

высокая производительность рыхлителей и небольшие трудовые и материальные затраты, безопасность ведения работ вследствие отказа от применения взрывчатых материалов.

В дорожном строительстве преимущественное распространение получили навесные рыхлители с гидравлическим управлением. Это вызвано их важными преимуществами перед прицепными рыхлителями. Для обеспечения необходимого усилия при внедрении зубьев рыхлителя в породу требуется, как правило, дополнительно утяжелять его конструкцию. У навесного рыхлителя для этого используется вес трактора. Агрегаты с навесными рыхлителями обладают меньшими размерами, большей маневренностью, что важно при работе в сложных и стесненных условиях. Навесные рыхлители всю силу тяги трактора используют на рыхление, в то время как у прицепных часть ее расходуется на преодоление сопротивления перемещению самого рыхлителя. Кроме того, отсутствие ходовой тележки у навесного рыхлителя значительно упрощает и удешевляет его конструкцию. Рыхлители желательно устанавливать на тракторах мощностью не менее 150 кВт, имеющих достаточно жесткую подвеску опорных роликов гусеничного хода.

Навесные рыхлители классифицируют по назначению, способу передвижения, мощности тягача и конструктивным признакам. Они подразделяются на машины общего назначения и специальные. Рыхлители общего назначения оборудуются тремя, пятью (редко семью) зубьями и предназначаются для рыхления пород на глубину от нескольких десятков сантиметров до 1 м.

Для рыхления пород на глубину более 1 м существуют специальные рыхлители с одним или тремя зубьями, в зависимости от требуемой глубины рыхления, крепости и вязкости разрыхляемых пород. В ряде случаев эти рыхлители работают с толкачом, создающим дополнительное тяговое усилие. Специальные рыхлители создаются для рыхления маломощных прослойков пустых пород, выравнивания рабочих площадок, устройства подъездов к экскаваторам, зачистки кровли пласта, уборки просыпавшегося при погрузке материала, перемещения негабаритных кусков породы и т. д.

Специальные рыхлители по мощности разделяют на сверхмощные (мощность двигателя трактора свыше 220 кВт), мощные (110 – 220 кВт), средней мощности (58 – 110 кВт) и легкие (меньше 58 кВт) с тяговым усилием тракторов соответственно 300 и более, 200 – 300, 130 – 200 и до 130 кН [8]

В дорожном строительстве наибольшее применение имеют рыхлители на базе тракторов ДТ-75, Т-130, Т-180 и ДЭТ-250. На тракторах Т-130 и Т-180 используются рыхлители Д-576А и Д-576Б. Они имеют от одного до трех зубьев, шаг зубьев 750 мм, при наибольшем тяговом усилии (150 кН) глубина рыхления составляет до 500 мм. Более мощным рыхлителем является рыхлитель Д-652А на тракторе ДЭТ-250. Это также одно – трехзубый рыхлитель с шагом зубьев 1020 мм, максимальной глубиной рыхления 700 мм. К этому трактору с рыхлителем могут быть приданы также кусторез, корчеватель и другое навесное оборудование.

Заслуживают внимания одностоечный рыхлитель ДП-26 на тракторе Т-130, установленная мощность которого равна 118 кВт, и трехстоечный рыхлитель ДП-9С (северная модификация) с жестким креплением зубьев на тракторе ДЭТ-250. Характерным для этих машин является гидравлическое управление из кабины водителя одновременно глубиной и углом резания. Рыхлитель в северном исполнении предназначен для рыхления плотных глинистых пород и мощной мерзлой корки толщиной до 750 мм.

Наиболее мощные рыхлители выпускаются на базе тракторов Чебоксарского тракторного завода с мощностью двигателей 162 – 243 и 368 кВт. Рыхлители ДП-10С на базе трактора Т-330 имеют три зуба с жестким креплением и расстоянием между осями крепления 950 мм. И обеспечивают глубину рыхления – 700 мм. Рыхлители на базе трактора Т- 500 могут обеспечить глубину рыхления до 1000 мм, а на базе трактора Т-800 – 1200 мм и более.

Наибольшее распространение на в дорожном строительстве имеют бульдозерно-рыхлительные агрегаты с гидравлическим управлением на базе тракторов Т-130, ДЭТ-250М, Т-330, Т-500 и Т-800 (табл. 6.2). Среди бульдозеров промышленного назначения модели Т-35.01 Р-1 Челябинского АО «Уралтрак» и ДЗ-109 Алтайского моторного завода (АМЗ) имеют неповоротный отвал.

АО «Уралтрак» на базе трактора ДЭТ-250М выпускал бульдозер с неповоротным отвалом ДЗ-118 и бульдозер-толкач ДЗ-121, а на базе трактора Т-330 изготовляет бульдозер Т-330 Р1-02 с неповоротным и поворотным отвалами, а также модификацию в северном исполнении ДЗ-124ХЛ. Буль­дозер ДЗ-118 с неповоротным отвалом агрегатируется на тракторе ДЭТ-250М, на котором может также од­новременно навешиваться и рыхлительное оборудование.

Бульдозер ДЗ-60ХЛ с поворотным отвалом на базе трактора Т-330 предназначен для работы в условиях тем­ператур до -60°. Управление отвалом – 7 гидравлическое, установка поперечного перекоса ± 6° осуществляется гидрораскосами. Кабина оператора — двухместная с теп­ловой и звуковой изоляцией, имеет подрессоренное си­денье, регулируемое по весу и росту машиниста. Трактор имеет 8-цилиндровый дизель воздушного охлаждения с газотурбинным наддувом 8ДВТ-330А.

Кроме бульдозерного оборудования на трактор наве­шивается 4-х звенный рыхлитель с изменяемым углом рыхления.

Наиболее мощным отечественным колесным бульдо­зером является модель ДЗ-113 НПО «ВНИИстройдормаш». Он предназначен для различных земляных работ большого объема в грунтах до IV кате­гории включительно. Базовым трактором бульдозера ДЗ-113 является специальное шасси с шарнирно-сочлененной рамой тягового класса 250 кН, мощностью двигателя 405 кВт и скоростью передвижения до 50 км/ч. Отвал буль­дозера имеет угол резания 55° и возможность поперечного перекоса ±15°. Навесной рыхлитель может иметь от одного до трех зубьев с расстоянием установки между ними 850 мм. Глубина рыхления не более 700 мм. Углы установки зуба рыхлителя 30-83°. Управление отвалом и рыхлителем — с помощью гидросистемы базового трактора.

Конструктивные особенности рыхлителей и бульдозерно-рыхлительных агрегатов и их классификация по конструктивным признакам рассмотрены в разделе 7.2.4.

Несмотря на многие положительные стороны механического рыхления плотных пород и его экономические и технические преимущества по сравнению с буровзрывными работами рыхлители пока не получили широкого распространения на отечественных карьерах. Одной из причин этого является недостаточное количество мощных тракторных рыхлителей и бульдозерно-рыхлительных агрегатов, выпускаемых промышленностью России.