3. Определение производительности бульдозеров

Бульдозер – это самоходная землеройно-транспортная машина, представляющая собой гусеничный или пневмоколесный трактор с навесным рабочим оборудованием в виде отвала криволинейного профиля, размещенного вне базы ходовой части.

Бульдозеры относятся к машинам периодического действия. Они предназначены для послойной разработки легких, средних и тяжелых грунтов с их последующим перемещением перед рабочим органом (отвалом) на небольшие расстояния (до 100 ... 150 м). Бульдозеры используются при сооружении выемок и насыпей, обратной засыпке траншей и котлованов, грубой планировке земляной поверхности, расчистке ее от мусора и снега, в качестве толкачей скреперов и др. работах.

По конструктивным признакам различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалом. Неповоротный отвал постоянно установлен под углом 90° к продольной оси трактора и поэтому может перемещать грунт только перед собой. У бульдозеров с поворотным отвалом его можно устанавливать под углом до 60° к продольной оси трактора (угол захвата). Это позволяет перемещать грунт в сторону и выполнять грубую планировку длинными ходами.

Отвалы бульдозеров всех типов могут иметь механизм перекоса в поперечной плоскости (до 16°) для облегчения разработки прочных грунтов, а также повышения маневренности в процессе работы.

Отвалы бульдозера представляют собой жесткую сварную металлическую конструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Для повышения эффективности выполнения отдельных видов работ на бульдозерах используют отвалы различных типов (рис. 1.2): прямой – самый простой и распространенный отвал для всех типов грунтов; поворотный (универсальный) – для засыпки траншей и грубых планировочных работ на протяженных объектах; сферический – для легких и средних грунтов при больших расстояниях перемещения и мощности гусеничного бульдозера не менее 130 кВт; совковый – для перемещения сыпучих и малопрочных материалов на большие расстояния; короткий прямой с амортизатором – для бульдозеров-толкачей самоходных скреперов, кратковременно используемых на земляных работах.

Бульдозер на базе гусеничного трактора с неповоротным отвалом показан на рис. 1.3. Рабочее оборудование бульдозера в виде отвала 5 с ножами 4 в его нижней части навешивают на трактор через два толкающих бруса 2, которые имеют шарнирные соединения 1 с боковыми балками ходовых тележек трактора. Вместе с толкающими брусьями и раскосами 6 отвал образует жесткую систему, которая с помощью одного или двух гидроцилиндров 7 может подниматься и опускаться, поворачиваясь в вертикальной плоскости относительно шарниров 1.

Рис. 1.2. Основные типы отвалов бульдозеров:

а – прямой; б – поворотный (универсальный); в – сферический;

г – совковый; д – короткий прямой с амортизатором;

1 – лобовой лист; 2 – угловые ножи; 3 – средние ножи;

4 – боковые щитки; 5 – боковые ножи; 6 – открылки

Для послойной разработки грунта отвал бульдозера опускают на грунт (рис. 1.4, а) и, перемещаясь вперед на рабочей скорости (рис. 1.4, б), заглубляют его за счет сил тяжести рабочего оборудования, а также принудительно гидроцилиндрами. В процессе движения машины грунт отделяется от массива ножами отвала, перемещается по отвалу вверх и переваливается вперед в его верхней части, накапливаясь перед отвалом в виде тела, называемого призмой волочения и ограниченного передним и боковыми откосами, отвалом и его боковыми щеками. После заполнения отвала, когда призма волочения достигает уровня его верхнего обреза, а при разработке весьма прочных грунтов, когда тягового усилия трактора окажется недостаточно для дальнейшего накапливания грунта перед отвалом, последний поднимают, выводя его режущую кромку на уровень дневной поверхности земли или несколько выше.

Рис. 1.3. Схема бульдозера с неповоротным отвалом:

а – вид сбоку; б – вид в плане

В таком положении грунт перемещают перед отвалом до места его отсыпки. Последнюю операцию выполняют движением бульдозера вперед с дополнительным подъемом отвала или движением назад (рис. 1.4, г). В первом случае грунт отсыпается слоем постоянной толщины, определяемой зазором между режущей кромкой и поверхностью грунта, и частично уплотняется ходовой частью машины. Во втором случае после разгрузки отвала остаются бугры, подлежащие дополнительному разравниванию. Частным случаем второго варианта является засыпка ям, траншей, котлованов (рис. 1.3, д). Для возвращения бульдозера на исходную позицию при небольшом расстоянии перемещения (до 50 м) он движется в обратном направлении задним ходом на максимальной скорости (рис. 1.5). При большой дальности перемещения бульдозер разворачивается и движется в обратном направлении передним ходом на транспортной скорости. На исходной позиции, перед началом но­вого рабочего цикла, его разворачивают в сторону направления разработки грунта.

Рис. 1.4. Операции рабочего цикла бульдозера:

а – начало копания; б – копание; в – транспортирование грунта;

г, д, – варианты разгрузки; е, ж – возвращение бульдозера на исходную

позицию передним и задним ходом

Рис. 1.5. Схема движения бульдозера при послойной разработке грунта

Эксплуатационная производительность бульдозера при послойном резании и перемещении грунта определяется по формуле, м³/ч:

, (1.11)

где – объем призмы волочения, м³;

– коэффициент использования рабочего времени бульдозера

( );

– коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера;

– продолжительность рабочего цикла, с,

Объем призмы волочения, м³, равен

(1.12)

где – ширина и высота отвала бульдозера, м;

– коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании (для несвязных грунтов , для связных на каждые 10 м перемещения);

– коэффициент разрыхления грунта при копании, ;

– угол естественного откоса перемещаемого грунта, .

Время рабочего цикла, с,

, (1.13)

где – длина пути зарезания грунта, м ;

– длина пути перемещения грунта, м;

– длина пути холостого хода бульдозера, м ;

– средняя скорость движения бульдозера соответственно при копании, перемещении и холостом ходу, км/ч (при до 50 м – задним ходом, свыше – передним);

– время разворота бульдозера ;

– время переключения передач ;

– время подъема-опускания отвала .

В тяговом режиме при копании грунта скорость движения бульдозера на 20 ... 30 % ниже рабочей скорости .