ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ.
Лекция 5
Землеройно-транспортные машины (ЗТМ) - это машины, которые за счет тягового усилия рабочим органом послойно отделяют грунт от массива и транспортируют его к месту укладки (отсыпки) в процессе собственного перемещения.
К ЗТМ относятся следующие виды машин: автогрейдеры, бульдозеры, скреперы и др. Режим работы ЗТМ - циклический.
По конструкции рабочего оборудования различают отвальные и ковшовые ЗТМ. Отвалами оснащаются автогрейдеры и бульдозеры, а ковшами оборудуются скреперы.
При работе ЗТМ грунт гладкими ножами, прикрепленными к отвалу (ковшу), отделяется от массива и накапливается перед отвалом в виде призмы или поступает в ковш с последующей транспортировкой к месту отсыпки, после чего машина возвращается на место забора нового слоя грунта.
По мере заглубления рабочего органа в грунт и продвижения машины увеличивается объем транспортируемого грунта и возрастает сопротивление перемещению ЗТМ, которое может превысить силу тяги машины. В этом случае необходимо выглублять рабочий орган, регулируя тем самым толщину срезаемой стружки грунта.
При копании скорости машины минимальные. При транспортировании грунта скорости передвижения выше, так как сопротивление передвижению ЗТМ ниже, чем при копании. Еще большими скорости будут при возвращении машины на холостом ходу на исходную позицию.
В большинстве случаев перемещение осуществляется передним ходом. Некоторые виды работ, выполняемых ЗТМ с отвалами, осуществляются по челночной схеме с возвратом машины задним ходом, скорость которого выше переднего. Например, это засыпка траншей бульдозерами, планировочные работы на коротких по длине участках, выполняемые автогрейдерами и бульдозерами.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ БУЛЬДОЗЕРОВ
Бульдозеры составляют основу парка землеройных машин в строительстве, ими выполняются более 40% всех объемов земляных работ. Их используют для разработки и перемещения грунтов на 80-100 м при сооружении выемок и насыпей (рис. 12), а также при засыпке траншей и котлованов, планировке земляной поверхности, на подготовительных работах (расчистка от снега и растительности строительной площадки), а также в качестве толкачей скреперов.
Рис. 12. Технология работы бульдозера при возведении насыпи
Главный параметр бульдозеров - тяговое усилие в кН. Выпускаются бульдозеры для строительства на базе гусеничных тракторов.
Силовые установки, применяемые на бульдозерах, - это дизели с водяным охлаждением и турбонаддувом. Трансмиссии ходовой части базовых тракторов: механические, гидромеханические, гидростатические и электромеханические
Гидромеханическая трансмиссия (ГМГ) состоит из двух блоков. Первый блок включает в себя комплексный гидротрансформатор и трехскоростную планетарную КПП, переключаемую на ходу, второй блок - задний мост (конический редуктор) и бортовые редукторы, вращающие звездочки обеих гусениц.
Независимо от вида трансмиссии привода хода трансмиссия навесного оборудования на бульдозерах гидростатическая.
На бульдозерах многоцелевого назначения спереди трактора монтируются основные отвалы, а сзади — рыхлительный агрегат, тяговая лебедка.
Отвал представляет собой конструкцию коробчатого типа с приваренным к передней части лобовым листом криволинейного профиля, что обеспечивает отвалу жесткость. В нижней части к листу крепятся болтами впотай съемные ножи.
Различают неповоротные и поворотные отвалы. Неповоротные включают в себя прямой, сферический и полусферический отвалы. Торцы этих отвалов закрыты двумя боковыми щеками для снижения потерь грунта при транспортировании.
Прямой отвал используется при разработке немерзлых грунтов широкого диапазона.
Сферический отвал особенно эффективен для перемещения значительных объемов легких грунтов на большие расстояния, чему способствует изогнутая в плане форма отвала. Она обеспечивает смещение грунта к середине отвала, снижая тем самым потери материала при транспортировании.
Полусферический отвал сочетает особенности прямого отвала хорошо врезаться в грунт и сферического отвала - перемещать большие объемы материала. В отличие от последнего у полусферического отвала более короткие боковые секции, установленные под углом к центральной секции.
Поворотный отвал применяется при поперечной транспортировке грунта для засыпки траншей, укладки насыпи и при расчистке территории от снега и мусора. По форме это прямой отвал без боковых щек, удлиненный по ширине и укороченный по высоте.
Отвал крепится к толкающим брусьям с раскосами, которые шарнирно прикреплены к гусеничной тележке, или к толкающей раме. Для перемещения отвала в пространстве используются следующие механизмы:
- для подъема и спуска - вертикальные гидроцилиндры;
- для изменения угла перекоса в вертикальной плоскости — цилиндр перекоса и винтовая стяжка (или два гидроцилиндра перекоса);
- для поворота отвала в плане - два гидроцилиндра поворота, установленных на толкающей раме.
Рыхлителъное оборудование применяется для рыхления мерзлых грунтов и скальных пород для последующей разработки их отвалов бульдозерами и другими машинами. Исиользование его представляет собой альтернативу буровзрывным работам как в части экономической эффективности, так и по ограничениям применения взрывчатых веществ в пределах жилой территории.
На бульдозерах применяется одна из трех основных конструкций подвески рыхлителей:
- трехточечная (треугольная),
- четырехточечная (параллелограммная),
- параллелограммная с регулируемым углом рыхления.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА
1. Техническая производительность бульдозера (м3/ч) при разработке и перемещении грунта:
где Vгр - объем призмы грунта впереди отвала, м;
ψ - коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным ψ – 005L, (L - дальность перемещения грунта, м);
n - число циклов за 1 ч работы;
kр - коэффициент разрыхления грунта, т. е. отношение объема рыхлого грунта к объему того же грунта в плотном теле (1,12 – для песчаных; 1,22 – для суглинистых; 1,3 – для глинистых грунтов).
Объем призмы грунта впереди отвала определяют по формуле:
где B, H - длина и высота отвала соответственно, м;
λ - угол естественного откоса грунта в движении, град.
Число циклов за 1 ч работы:
где tц - продолжительность цикла, с.
t1 - время резания грунта, с;
l1 - длина пути резания (обычно 6...15 м);
v1 - скорость движения трактора при резании грунта, м/с.
t2 - время перемещения грунта, с;
l2 - путь перемещения грунта, м;
v2 - скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с.
t3 - время обратного хода трактора, с;
v3- скорость движения трактора при обратном его ходе, м/с.
t4 - дополнительное время, с (в него входят время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.).
Скорость движения трактора зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.
Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером:
где W1– сопротивление грунта резанию, Н;
W2 – сопротивление трению грунта по отвалу, Н;
W3 – сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала, Н;
W4 – сопротивление движению бульдозера с трактором, Н.
где k0 - коэффициент удельного сопротивления грунта резанию для бульдозеров;
В - длина отвала, м;
h - толщина срезаемого слоя, м;
φ - угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град.
где α - угол резания, град (α = 50...55°);
μ1 - – коэффициент трения грунта по стали.
Вес перемещаемого грунта, Н:
p
где ρ – плотность грунта, град;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
где μ2 - коэффициент трения грунта по грунту;
i – уклон пути.
где G – вес бульдозера с трактором, Н; f – коэффициент сопротивления перемещению бульдозера.
Машина находится в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и общего сопротивления передвижению:
где Gсц - сцепной вес, Н;
φсц - коэффициент сцепления с поверхностью пути;
Рокр - усилие на ободе ведущих колес (звездочек), Н.
Сцепной вес определяют как сумму давлений на ведущие колеса или гусеницы. Сцепной вес бульдозера – общий вес бульдозера; сцепной вес машины со всеми ведущими колесами – общий вес машины.
2. Техническая производительность бульдозеров при планировочных работах, м2/ч:
где v - скорость движения бульдозера, км/ч;
b - длина отвала, м;
φ - угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;
k11 - коэффициент, учитывающий перекрытие следов (0,8...0,85);
k21 – число слоев планирования.
3. Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м3/ч:
где v - скорость движения рыхлителя, км/ч;
hр - глубина рыхления, м;
bр – ширина полосы рыхления одним зубом, м, равная (2...4)hр , (большие
значения соответствуют слоистым материалам с горизонтальным расположением слоев);
z - число зубьев;
k1- коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости (k1-0,7..0,8);
k2- коэффициент, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта (k1-0,6..0,8), причем меньшие значения соответствуют грунтам,
образующим крупный скол, глыбы);
k3 - число проходов по одному резу;
k4 - число слоев рыхления.
Скреперы
Скреперы– самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) землеройно-транспортные машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта.
Они могут выполнять весь комплекс земляных работ: резание грунта, перемещение его к месту укладки, разравнивание и частичное уплотнение.
Рабочий орган скрепера – ковш на пневматических колесах, снабженный механизмами опускания, подъема и разгрузки, приводимыми в действие гидроприводом. На передней кромке днища ковша на всю его ширину помещен нож для срезания слоя грунта.
Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций. Ковш опускается на грунт, врезается в него под действием силы трактора (тягача) или собственного двигателя и снимает слой грунта. Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение и перемещается к месту выгрузки, которая также осуществляется на ходу путем выталкивания грунта подвижной задней стенкой ковша, а в некоторых моделях – опрокидыванием ковша.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ СКРЕПЕРА
Техническую производительность скреперов (м3/ч) определяют по формуле:
где n - число циклов за 1ч работы;
q - геометрическая вместимость ковша скрепера, м3;
kн - коэффициент наполнения ковша грунтом м (0,8...1,2);
kр – коэффициент разрыхления грунта (1,1...1,3).
Количество циклов:
где tц - продолжительность цикла, с.
где t1,t2,t3,t4, - соответственно время набора грунта, груженого хода, загрузки, холостого хода, с;
t5 - продолжительность поворота, переключения передач скоростей и другие затраты времени, с.
Продолжительность каждого элемента цикла:
где li - длина соответствующего участка, м;
vi - скорость движения скрепера на этом участке, м/с.
Длина участка набора грунта:
где В – ширина срезаемой полосы, м;
h – толщина срезаемого слоя грунта (0,04...0,2), м.
Скрепер набирает грунт на участках длиной 12...30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5...15 м. Скорость движения скрепера зависит от сопротивления грунтов и мощности трактора.
Наибольшее усилие, требуемое для перемещения скрепера, возникает во время набора грунта. Это усилие определяют по формуле:
где W1 - сопротивление грунта резанию, H;
W2 - сопротивление движению призмы волочения впереди скрепера, H;
W3 - сопротивление от веса срезаемого слоя, движущегося в ковше, H;
W4- сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше, H;
W5 – сопротивление движению скрепера, H.
Сопротивления определяются по формулам:
где k0 - удельное сопротивление грунта резанию (принимать значения k0 больше 0,1...0,12 МПа не рекомендуется, более плотные грунты следует предварительно рыхлить);
H - высота ковша, м;
y -отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше (0,5...0,7, большие значения для – сыпучих грунтов);
x - коэффициент, учитывающий влияние вида грунта (0,24...0,31 - глина; 0,37...0,44 - суглинок; 0,46...0,5 – песок);
ρ - плотность грунта, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
μ2 - коэффициент трения грунта по грунту;
Gc - вес скрепера, H;
Gгр - вес грунта в ковше, H;
f – удельное сопротивление колес скрепера качению (0,15...0,2 – для плотных грунтов, 0,25...0,3 – для сыпучих песков);
i – уклон местности.
Вес грунта в ковше:
