Бульдозеры

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудование которых широко унифицированы. Главный параметр бульдозеров — тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработки и перемещения грунтов I...IV категорий, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разрав-нивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев, строительного мусора и т.п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокими производительностью, мобильностью и универсальностью.

Бульдозеры классифицируют:

по назначению — общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ в различных грунтовых и климатических условиях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях (бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры);

в зависимости от тягового класса (номинальному тяговому усилию) базовых машин — малогабаритные (класс до 0,9), легкие (классов 1,4...4), средние (классов 6...15), тяжелые (классов 25...35) и сверхтяжелые (класса свыше 35);

по типу ходового устройства — гусеничные и пневмоколесные;

по конструкции рабочего органа — с неповоротным в плане отвалом, постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины, и с поворотным отвалом, который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53° в обе стороны к продольной оси машины;

по типу системы управления отвалом — с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением.

При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато-фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание — под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Рабочий цикл бульдозера: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6...10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60...80 м для гусеничных бульдозеров и 100...140 м для пневмоколесных машин. Преимущественное распространение получили гусеничные бульдозеры, обладающие высокими тяговыми усилиями и проходимостью. Чем выше тяговый класс машины, тем больший объем земляных работ она способна выполнять и разрабатывать более прочные грунты.

К основным параметрам бульдозерного оборудования относятся (рис. 4.7) высота без козырька Н и длина В отвала (м), радиус кривизны отвала r, основной угол резания d, задний угол отвала a, угол заострения ножей b, угол перекоса отвала e и угол поворота (у поворотных машин) отвала в плане g (град), высота подъема отвала над опорной поверхностью h ₁ и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности h ₂ (м), напорное T и вертикальное Р усилия на режущей кромке (кН), скорости подъема v _п и опускания v _о отвала.

Рис. 4.7. Схемы устройств и основные параметры бульдозеров:

а — с поворотным отвалом; б — с неповоротным отвалом; в — поперечный перекос отвала

Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.

Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отвалами.

Отвал 1 неповоротного бульдозера (рис. 4.7, б) крепится шарнирно к толкающему устройству в виде двух толкающих брусьев 4 коробчатого сечения, задние концы которых соединены шарнирно с балками ходового устройства базовой машины.

Отвал 1 поворотного бульдозера (см. рис. 4.7, а) монтируется на универсальной толкающей раме 5, на которой вместо отвала может быть установлено различное сменное оборудование с. гидравлическим управлением — кусторез, древовал, корчеватель-собиратель, плужный снегоочиститель и др. Поворотный отвал соединен с толкающей рамой посредством центрального шарового шарнира 7 и двух боковых толкателей 6, обеспечивающих различное положение отвала в плане относительно базовой машины. При продольном движении бульдозера с повернутым в плане отвалом грунт перемещается вбок по отвалу. Способность поворотных бульдозеров перемещать грунт в сторону определяет их широкое использование при засыпке каналов, рвов, траншей коммуникаций и т.п.

Система управления обеспечивает: подъем и принудительное опускание отвала, его плавающее и фиксированное положение с помощью гидроцилиндров 3, поворот отвала в плане (у поворотных бульдозеров) гидроцилиндрами 6, поперечный двусторонний перекос (до 12°) отвала в вертикальной плоскости (рис. 4.7, в), регулировку угла резания ножей отвала (среднее значение 55°) путем поворота (наклона) отвала гидроцилиндрами 2 (см. рис. 4.7, а, б) вперед и назад относительно толкающего устройства.

Принудительное заглубление ножей отвала в грунт под действием гидроцилиндров, развивающих усилие до 40% и более от веса тягача, позволяет бульдозерам с гидравлическим управлением разрабатывать прочные грунты, а возможность установки отвала в определенное фиксированное положение обеспечивает срезание слоя грунта заданной толщины. Поперечный перекос отвала повышает универсальность машины и ее эксплуатационные возможности на планировочных работах, облегчает разработку тяжелых грунтов и т.п.

Гусеничные бульдозеры могут оснащаться дополнительным быстросъемным оборудованием (рис. 4.8), значительно расширяющим их технологические возможности: неподвижными или гидроуправляемыми уширителями отвала 1, 2, 3, передними и задними рыхлительными зубьями 4, киркой 5 для взламывания асфальтовых покрытий, ножами 6 для разработки мерзлых грунтов, кусторезным ножом, надставкой 7 для рытья канав, откосинком с жестким креплением и гидроуправляемым откосником-планировщиком 8, передними и задними лыжами 9, грузовыми вилами 10, подъемным крюком 11 и т.п.

Все большее распространение получают мощные неповоротные пневмоколесные бульдозеры на базе серийных колесных тракторов и специальных шасси с шарнирно сочлененной рамой, применяемые в основном для разработки легких и средних грунтов на рассредоточенных строительных объектах. Такие бульдозеры, почти не уступая в проходимости гусеничным машинам, обладают значительно большими (в 1,5...2 раза) рабочими и транспортными скоростями, повышенной маневренностью и производительностью.

Рис. 4.8. Сменные рабочие органы бульдозеров

Практически все гусеничные и колесные бульдозеры с тяговым усилием 200 кН и более оснащаются однозубым и трехзубым рыхлительным оборудованием заднего расположения. Некоторые модели гусеничных неповоротных бульдозеров оснащаются дополнительной автоматизированной системой управления отвалом «Комбиплан», осуществляющей автоматическую стабилизацию заданного положения отвала при выполнении окончательных планировочных работ.

Бульдозеры с поворотным отвалом оснащаются аппаратурой «Копир-Автоплан». Аппаратура автоматического управления отвалом обеспечивает повышение качества обработки грунтовой поверхности, повышение производительности машины за счет уменьешения числа проходов бульдозера по планируемому участку, и снижение утомляемости машиниста.

Пневмоколесные бульдозеры базируются на тракторах класса 1,4 и предназначены для выполнения земляных и догрузочно-разгрузочных работ малого объема, погрузки и транспортирования сыпучих материалов на небольшие расстояния, подъема и перемещения единичных и штучных грузов, планировки площадок, засыпки траншей, ям и для других работ.

В городском строительстве широко используются пневмоколесные бульдозеры с неповоротным гидроуправляемым отвалом и аналогичные по конструкции бульдозеры-погрузчики, у которых в качестве основного сменного оборудования используются гидроуправляемые отвалы и ковши вместимостью 0,38 и 0,5 м³.

Бульдозеры-погрузчики комплектуются также дополнительным сменным рабочим оборудованием: ковшами для тяжелых материалов и снега, уширенным ковшом для работ у стен зданий и сооружений, у бордюров улиц и дорог, грузовыми вилами для погрузки разгрузки поддонов с грузами, монтажным крюком для погрузк штучных грузов, челюстным захватом для длинномерных грузов удлинителем стрелы, уширителями отвала, поворотным отвалом для снега, отвалом-планировщиком и т.п.

Бульдозер-погрузчик (рис. 4.9) состоит из следующих основные частей: базового трактора 6, несущей рамы 9, тяг 8, стрелы 3, устройства 2 для смены рабочих органов, ковша 1 или неповоротногс бульдозерного отвала, попарно работающих гидроцилиндров 4, 5 управления стрелой и ковшом, гидросистемы и электрооборудования. Сзади машины может быть навешен управляемый гидроцилиндрами отвал-планировщик 7. Неповоротный отвал предназначен для планировочных работ и представляет собой сварную конструкцию с секционными ножами. Для соединения отвала с уширителем и сменным устройством стрелы он оборудован крюками и кронштейннами. С бульдозерным отвалом применяется удлинитель стрелы для увеличения ее вылета при разгрузке бортовых автомобилей, прицепов и железнодорожных платформ. Основной ковш, ковш для тяжелых материалов и уширенный ковш представляют собой сварную конструкцию со сменными зубьями и различаются геометрическими размерами.

Рис. 4.9. Бульдозер-погрузчик

Система управления ковшом обеспечивает возможность его поступательного перемещения при подъеме и опускании стрелы. Челюстной захват состоит из двух боковин, к которым снизу приварено днище с ножом и зубьями для захвата длинномерных грузов. Открытие и закрытие челюстей ковша производится двумя гидроцилиндрами. В открытом положении челюстной захват трансформируется в планировочный отвал. Этот рабочий орган может быть использован для очистки площадок, погрузки камней, пней и др. Смена рабочих органов осуществляется с помощью специального устройства 2 в кратчайшие сроки без дополнительного обслуживающего персонала. Гидросистема бульдозера-погрузчика обеспечивает привод и управление механизмами стрелы, ковша, челюстного захвата и задней навески трактора. Она включает гидросистему базового трактора, дополнительно установленные гидроцилиндры и гидрораспределитель.

Эксплуатационная производительность (м³/ч) бульдозера при резании и перемещении грунта

, (4.7)

где V _гр — геометрический объем призмы волочения грунта впереди отвала, м³;

(4.8)

В и Н — соответственно длина и высота отвала, м; К _п — коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (К _п = 1 – 0,005 l _п); (j — угол естественного откоса грунта в движении (j = 35...45°); К _р — коэффициент разрыхления грунта (К _р = 1,1...1,3); К _у — коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность (при работе на подъемах от 5 до 15% К _у уменьшается от 0,67 до 0,4, при работе на уклонах от 5 до 15% К _у увеличивается с 1,35 до 2,25); К _н — коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунтом (К _н = 0,85...1,05); К _в — коэффициент использования бульдозера по времени (К _в = 0,8...0,9); Т _ц — продолжительность цикла,с;

(4.9)

l_{Р ,} l_П и l_О=l_Р+l_П —длины соответственно участков резания, перемещения грунта и обратного хода бульдозера, м;

(4.10)

А = Вh — площадь срезаемого слоя грунта, м² (h — средняя толщина срезаемого слоя, м); v _р, v _п, v _о — скорости трактора при резании, перемещении грунта и обратном ходе, м/с; t _п — время на переключение передач в течение цикла (t _п = 15...20 с).

Резание грунта производится на скорости 2,5...4,5 км/ч, перемещение грунта — на скорости 4,5...6 км/ч.

Эксплуатационную производительность бульдозера (м³/ч) с поворотным отвалом при планировочных работах

, (4.11)

где l — длина планируемого участка, м; g — угол установки отвала в плане, град; 0,5 — величина перекрытия проходов, м; п — число проходов по одному месту; v — скорость движения бульдозера, м/с.

Полное сопротивление движению бульдозера (кН)

, (4.12)

где F ₁ — сопротивление движению, бульдозера с трактором, кН:

,

G _б — вес бульдозера с трактором, кН; f — коэффициент сопротивления движению трактора по грунту (f = 0,1...0,15); i = tga — уклон пути; a — угол наклона пути движения бульдозера к горизонту, град; знак «+» принимается при работе на подъем,«-» — при работе под уклон; F ₂ — сопротивление грунта резанию, кН:

(4.13)

k _кр — удельное сопротивление грунта резанию, кПа (см. табл. 4.1); F ₃ — сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала, кН:

(4.14)

r — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 4.1); g — ускорение свободного падения (g = 9,81м×с^-2); m₁ — коэффициент трения грунта по грунту (m₁ = 0,4...0,8, причем меньшие значения для влажных и глинистых грунтов); F ₄ — сопротивление трению грунта по отвалу, кН:

(4.15)

d — угол резания, град (d = 50...55°); m₂ — коэффициент трения грунта по стали (m₂ = 0,35...0,5 —для песка, m₂ = 0,5...0,6—для супесей и суглинка, m₂ = 0,7...0,8 — для глины).

Бульдозер находится в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги F _сц больше окружного усилия F ₀ на ведущей звездочке движителя и больше общего сопротивления передвижению F _S, т.е. F _сц > F ₀ > F _S.

Сцепная сила тяги, кН,

, (4.16)

где y — коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью (y = 0,7...0,9).