Землеройно-транспортные машины

Землеройно-транспортными (ЗТМ) называют строительные машины, отделяю­щие грунт от массива тяговым усилием с последующим его перемещением к месту от­сыпки собственным ходом. Основными рабочими операциями ЗТМ являются: послой­ная разработка грунта, его транспортировка и укладка в основание строительного объ­екта или отвал, а также планировка земляных поверхностей. В зависимости от вида рабочего органа различают ковшовые (скреперы) и отвальные (бульдозеры, автогрейдеры, грейдер-элеваторы) ЗТМ. Эти машины отличаются простотой конструкции, универсальностью и высокой производительностью. Их применяют в дорожном строительстве, при отрывке котлованов и каналов, возведении насыпей, планировке земляных поверх­ностей и на других работах.

Скреперами разрабатывают грунты I и II категорий непосредственно, а грунты III и IV категории - после их предварительного разрыхления. С этой целью они часто ра­ботают в одном комплекте с бульдозерами-рыхлителями, используемыми также в каче­стве толкачей для повышения силы тяги скреперов (см. ниже). Скреперы не рекоменду­ется применять для разработки заболоченных, несвязных переувлажненных грунтов, а также грунтов с большими каменистыми включениями.

Рабочий цикл скрепера включает копание (отделение грунта от массива и запол­нение им ковша), транспортировку грунта в ковше к месту укладки, его отсыпку и воз­вращение машины на исходную позицию следующего рабочего цикла. Средняя даль­ность возки грунта скрепером колеблется от 0,3 до 2... 3 км при ковшах вместимостью соответственно от 5 до 46 м³. Удельный расход энергии - от 3,2 до 6 кВтч/м³.

Главным параметром скрепера является вместимость ковша, в соответствии с которой различают скреперы малой (до 4 м³), средней (5... 12 м³) и боль­шой (15 м³ и более) вместимос­ти. Скрепер состоит из тягача и рабочего оборудования, по спо­собу соединения которых разли­чают прицепные (рис. 7.33, а), полуприцепные (рис. 7.33, б) и самоходные (рис. 7.33, в) скреперы. У прицепных скреперов сила тяжести рабочего оборудования вместе с грун­том полностью передается на опорную поверхность через собственные ходовые устрой­ства, а полуприцепные скреперы часть этой нагрузки передают на тягач. Обычно при­цепные скреперы опираются на две ходовые оси. Существуют также одноосные при­цепные скреперы (рис. 7.33, г), у которых центр масс груженого скрепера расположен над ходовой осью.

Тяговое усилие обеспечивается гусеничным (рис. 7.33, а и г), колесным одноос­ным (рис. 7.33, в) или двухосным (рис. 7.33, б) тягачом. У скреперов большой вмести­мости иногда приводными делают также задние колеса, оборудованные встроенным в них электрическим или гидравлическим приводом (мотор-колеса), состоящим из элект­родвигателя или гидромотора и планетарного редуктора.

Первые колесные скреперы с конной тягой появились в 70-х гг. XVIII в., а в конце XIX в. скреперы были установлены на одноосный ход с металлическими колесами и управлением от них с помощью рычажной системы положением ковша в рабочем и транспортном режимах. В качест­ве тягача использовался колесный трактор. В 1910 г. Т. Шмейзером (США) был создан скрепер с ковшом 5,4 м³ с гидравлическим управлением ковшом, приводимым от колес трактора. Дальней­шее развитие конструкций скреперов шло по пути совершенствования ковшей и систем управле­ния ими. В нашей стране массовое применение получили скреперы на конной тяге на строитель­стве Туркестано-Сибирской дороги в 20-х гг. прошлого столетия, на Башжелдорстрое и других строительных объектах. В 30-е гг. были созданы скреперы с ковшами 5 м³ с гидравлическим уп­равлением и 6 м³ с канатным управлением для работы с тракторами мощностью 48 кВт Челябин­ского тракторного завода. К концу 50-х гг. вместимость скреперного ковша уже достигла 46 м³ при мощности тягача 440 кВт.

Устройство и принцип ра­боты скрепера рассмотрим на примере его самоходной модели (рис. 7.34, а). Одноосный тягач 9 соединен с рабочим оборудовани­ем сцепным устройством 8 в виде двух цилиндрических шарниров, позволяющих тягачу поворачи­ваться и перекашиваться относи­тельно рабочего оборудования. Рабочее оборудование включает ковш 15, опирающийся задней частью на колеса 16, а передней соединенный упряжными шарни­рами 14 с боковыми брусьями 13 тяговой рамы, которая своей передней балкой 7 опи­рается на тягач. Ковш ограничен днищем и боковыми стенками, а в задней части - вы­движной стенкой 2, перемещаемой при разгрузке ковша гидроцилиндрами 1. В перед­ней части ковш закрывается заслонкой 4 с помощью гидроцилиндров 3.

Для разработки грунта переднюю заслонку приподнимают и, перемещаясь на ра­бочей скорости, гидроцилиндрами 5 опускают ковш, заглубляя его в грунт. При этом нижний обрез заслонки должен находиться примерно на уровне земли. После заполне­ния ковша его поднимают, закрывают заслонкой и на транспортной скорости перемеща­ют к месту разгрузки. Чаще скреперы используют для отсыпки грунта в насыпи, для че­го после выезда на насыпь ковш опускают, оставляя щель между ножами и поверхнос­тью передвижения, открывают заслонку и, передвигаясь на малой скорости, задней стенкой выталкивают грунт из ковша. При этом задние колеса, перекатываясь по свежеотсыпанному грунту, уплотняют его, Поворот тягача относительно ковша осуществля­ют с помощью гидроцилиндров 6, рабочие полости которых соединены по схеме (рис. 7.34, б), согласно которой поршневая полость каждого гидроцилиндра соединена со штоковой полостью другого гидроцилиндра. Рабочая жидкость поступает от насоса к гидроцилиндрам через гидрораспределитель 18, управляемый винтовой парой 1 7 от ру­левой колонки.

Бульдозеры являются землеройно-транспортными машинами с отвальным рабо­чим органом. Их основное назначение - послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (до 150 м). Бульдозеры применяют для снятия плодородного поверхностного слоя грунта при подготовке строительных площадок; перемещения грунта в зону действия одноков­шового экскаватора при погрузке его в транспортное средство или отвал; разработки не­глубоких каналов с транспортированием грунта в отвалы; зачистки пологих откосов; при сооружении насыпей из резервов; на планировочных работах при зачистке основа­ний под фундаменты зданий и сооружений и планировке площадей и трасс; устройстве и содержании в исправности подъездных дорог, устройстве въездов на насыпи и выез­дов из выемок; для разработки грунта на косогорах; при обратной засыпке траншей и пазух фундаментов; разравнивании грунта в отвалах; штабелировании и перемещении сыпучих материалов; подготовительных работах для валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевки пней, удаления камней, расчистки поверхностей от мусора, снега; на вскрышных работах, а также в качестве толкачей скреперов. Эффективность работы бульдозера в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово-сцепных свойств.

По номинальной силе тяги и мощности двигателей различают бульдозеры мало­габаритные с силой тяги до 25 кН и мощностью до 45 кВт, легкие - 25... 135 кН и 45... 120 кВт, средние - 135 ... 200 кН и 120... 150 кВт, тяжелые - 200... 300 кН и 150... 225 кВт и сверх-тяжелые - более 300 кН и 225 кВт.

Бульдозерные отвалы, как вспомогательное рабочее оборудова­ние, навешивают на пневмоколесные экскаваторы и другие машины для очистных и планировочных работ в _d составе рабочих процессов этих ма­шин.

Бульдозер (рис. 7.37, а) состоит из базового пневмоколесного или гу­сеничного трактора 8 и навесного ра­бочего оборудования в виде отвала 5 с цилиндрической рабочей поверхнос­тью и ножами 4 в его нижней части, соединенного с базовым трактором шарнирами 1 через два толкающих бруса 2 или универсальную раму 3 (рис. 7.37, в), и гидравлической систе­мы управления отвалом.

Отвал на толкающих брусьях (рис. 7.37, а и б) имеет боковые стенки и установ­лен режущей кромкой ножей перпендикулярно продольной оси машины. Наклон отва­ла в вертикальной плоскости регулируют раскосами 6 либо путем изменения их длины, либо положения места их крепления к отвалу или толкающим брусьям. Управляют от­валом при его переводе из транспортного положения в рабочее и наоборот одним (ма­логабаритные бульдозеры) или двумя гидроцилиндрами 7, питаемыми рабочей жидкос­тью от гидравлической системы базового трактора. Бульдозеры с таким отвалом, назы­ваемым неповоротным, используют в основном на послойной разработке грунтов. У не­которых моделей бульдозеров предусмотрена регулировка наклона отвала в вертикаль­ной плоскости (перекос) (рис. 7.37, г) гидроцилиндром, изменением длины одного рас­коса или места его крепления.

Рабочий цикл бульдозера с неповоротным в плане отвалом состоит из операций копания грунта (его отделения от массива и накопления перед отвалом - образования призмы волочения), его транспортирования волоком перед отвалом к месту укладки, разгрузки отвала и возвращения машины на исходную позицию следующего рабочего цикла.

СРС

Автогрейдером (рис 7.41) называют землеройно-транспортную маши­ну на пневмоколесном ходу с отвальным рабочим органом, предназначенную для послойной разработки грунтов I и II ка­тегорий и планировки земляных поверх­ностей при строительстве и содержании автомобильных и железных дорог, аэро­дромов, при промышленном, граждан­ском, гидротехническом и ирригационном строительстве. С помощью авто­грейдеров профилируют и планируют поверхности при возведении насыпей высотой до 0,6 м, отрывают и очищают кюветы и канавы треугольного и трапе­цеидального профилей, сооружают корыта для дорожных оснований, перемешивают и разравнивают грунт, щебень, гравий и вяжущие материалы, а также разрушают дорож­ные покрытия при ремонте дорог, расчищают от снега дороги и площади.

В зависимости от массы машины и мощности силовой установки автогрейдеры разделяют на легкие (массой до 9 т и мощностью до 50 кВт), средние (до 13 т, до 75 кВт), тяжелые (до 19 т, до 150 кВт) и особо тяжелые (более 19 т, более 150 кВт). По кон­структивному исполнению ходовых устройств они бывают двухосными и трехосными. Особенности конструкции ходового устройства отражаются колесной формулой типа АхВхС, где А, В и С - число осей соответственно управляемых, ведущих и общее. На­пример, наиболее распространенный в строительстве трехосный автогрейдер с двумя ведущими задними осями и передней осью с управляемыми колеса имеет колесную формулу 1x2x3. По управлению рабочим органом различают автогрейдеры с механиче­ской (обычно легкие автогрейдеры) и гидромеханической системами привода.

Рабочий орган - отвал 6 - расположен в средней части машины между передними 4 и задними 8 колесами на поворотном круге 7, установленном на тяговой раме 5. По­следняя соединена в передней части универсальным шарниром с несущей (хребтовой) балкой 2, жестко соединенной с рамой ведущих (задних) колес и опирающейся шарнирно на ось передних колес. Тяговая рама двумя гидроцилиндрами 1 может быть установ­лена задней частью на любой высоте, а также перекошена в вертикальной плоскости. С помощью специального гидроцилиндра она может быть вынесена в любую сторону, в том числе за пределы колеи машины. Эти кинематические возможности позволяют ори­ентировать отвал произвольно в плане и в вертикальной плоскости, включая вертикаль­ные перекосы, выносить его в любую сторону от продольной оси движения автогрейде­ра. Кроме того, разовой установкой отвал можно выдвинуть в сторону относительно тя­говой рамы, а также изменить его угол резания. При необходимости отвал дооборудуют специальными приставками, например, для одновременной планировки подошвы и от­коса насыпи, бровки и откоса выемки, профилирования придорожных канав и т. п. Для предварительной обработки плотных грунтов автогрейдер оснащают кирковщиком 3, бульдозерным отвалом или другим вспомогательным оборудованием, устанавливаемым в передней части машины и управляемым гидроцилиндрами.

Для придания автогрейдеру поперечной устойчивости, в частности, при работе на косогорах, управляемые колеса способны наклоняться в вертикальной плоскости. Задние колеса устанавливают попарно с каждой стороны на балансирных балках, что в сочетании с шарнирным опиранием хребтовой рамы на переднюю ось обеспечивает опирание на поверхность передвижения всеми колесами машины вне зависимости от микронеровностей рельефа.

Положительной особенностью автогрейдеров как машин для планировочных ра­бот является расположение отвала в средней части машины между передними и задни­ми колесами. При наезде колесами на неровности в полосе движения высотные откло­нения режущей кромки отвала будут незначительными, существенно меньшими, чем при консольном расположении бульдозерного отвала. Это качество позволяет планиро­вать земляные поверхности с меньшим числом повторных проходок, чем при работе бульдозера.

Рабочий процесс автогрейдера включает копание грунта, его перемещение и ук­ладку с разравниванием в земляное сооружение. При разработке грунта отвал устанав­ливают режущей кромкой как параллельно его поверхности, так и наклонно под углом 10... 15° с заглублением отвала или только его части по ширине. Угол резания состав­ляет от 35° до 45° соответственно при разработке тяжелых и легких грунтов. При зарезании отвала в грунт одним концом угол между режущей кромкой отвала и продольной осью машины (угол захвата) принимают равным 35... 50°, при отделочных планировоч­ных работах - 45... 90°, при копании с отводом грунта в сторону по отвалу - 60°.

В зависимости от размеров обрабатываемого участка, рельефа местности, нали­чия искусственных сооружений земляные работы с использованием автогрейдеров вы­полняют движением по круговым и челночным технологическим схемам. Так, в дорож­ном строительстве при длине обрабатываемого участка (захватки) 400... 1500 м авто­грейдеры движутся по круговым технологическим схемам, а при меньших длинах - чел­ночным способом - движением в одном направлении вперед, в обратном - задним ходом. При этом в случае очень коротких захваток (около 150 м) грунт разрабатывают только движением вперед, после чего возвращают машину на исходную позицию следующей проходки вхолостую задним ходом на повышенной скорости. При больших длинах за­хваток грунт разрабатывают как передним, так и задним ходом с разворотом отвала на 180° в плане на концах захватки.

Техническую производительность автогрейдера определяют, как и для бульдозе­ра, по формулам 7.5 - 7.7.

Грейдер-элеваторы являются землеройно-транспортными машинами непре­рывного действия. Они предназначены для послойной разработки грунта и возведения из него насыпей высотой до 1,5 м, а также гидромелиоративных сооружений.

Для отделения грунта от массива служит рабочий орган в виде дискового (сфери­ческого) ножа, полукруглого ножа или системы плоских ножей, а для его перемещения к месту отсыпки - один или два ленточных конвейера с неизменной ориентацией отно­сительно рамы машины или с возможностью поворота в зависимости от направления отсыпки (разгрузки) грунта. Грейдер-элеваторы могут быть выполнены как навесные, прицепные или полуприцепные технологические орудия к гусеничным или колесным тягачам и тракторам, а также как самоходные ЗТМ.

На рис. 7.42 представлен полу­прицепной грейдер-элеватор с плуж­ным диском 7, подвешенным на крон­штейне 8 к плужной балке 6, положе­ние которой относительно основной рамы 1 (при заглублении и выглублении плуга) регулируют гидроцилинд­ром 3. При движении машины вперед диск вырезает из грунта стружку эл­липтического поперечного сечения. Поднявшись по внутренней поверхно­сти плуга, грунт отваливается на лен­точный конвейер 5, которым отсыпа­ется в насыпь, отвал или в транспортное средство. Угол наклона конвейера регулируют гидроцилиндром 4. Для перемещения грунта на большие расстояния конвейер наращи­вают вставками. Гидроцилиндры питаются рабочей жидкостью либо от насосов, уста­новленных на тягаче, либо от собственной насосно-силовой установки 2.