Землеройно-транспортные и землеройные машины

При проведении земляных работ используются специальные землеройно-транспортные и землеройные машины, к которым относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, экскаваторы и другие машины.

Бульдозеры. Бульдозер представляет собой универсальную землеройно-транспортную машину, состоящую из пневмоколесного или гусеничного трактора, оснащенного навесным оборудованием и органами управления.

Навесное оборудование гусеничного бульдозера (рис. 12.5) состоит из отвала с ножами 5; толкающей рамы 9 с подкосами 7, к которым крепится отвал; привода 2, обеспечивающего подъем и опускание отвала во время работы, а в отдельных моделях бульдозеров — также и изменение отвала в плане. Рабочий процесс буль;

Рис. 12.5. Гусеничный бульдозер:

1 — кабина; 2 — привод подъема и опускания отвала; 3 — верхнее положение отвала; 4, 5 — среднее положение отвала; 6 — рабочее положение отвала в период резания грунта; 7 — верхний подкос отвала; 8 — нижний подкос отвала; 9 — толкающая рама; 10 — шарнир крепления рамы; II — крепление шарнира дозера состоит из резания грунта и транспортирования его на расстояние не более 100 м.

Бульдозерами можно производить расчистку полосы отвода с удалением кустарника, деревьев, крупных камней, растительного слоя, снега; планировку различных строительных площадок, перемещение и разравнивание грунтов в насыпях, отсыпаемых другими машинами; перемещение экскаваторных и скреперных отвалов в кавальеры; разработку и создание насыпей при перемещении грунтов из боковых резервов; засыпку ям и оврагов; устройство дорог и проездов; разработку песчаных и гравийных карьеров; перемещение и погрузку сыпучих материалов (песка, гравия, щебня и т. д.) в карьерах и на складах.

По тяговым показателям базовых машин бульдозеры подразделяются на сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые и сверхтяжелые.

К сверхлегким относятся бульдозеры с классом тяги до 9 кН и мощностью 7,0… 18,5 кВт, к легким — с классом тяги 0… 14 кН и мощностью 37,0…60 кВт, к средним — с классом тяги 60… 150 кН и мощностью 103… 154 кВт и т. д.

К основным схемам выполнения работ бульдозерами относятся прямая и боковая разработка грунта; разработка грунта ступе;

Рис. 12.6. Схемы работы бульдозеров при разработке грунта:

а — с неповоротным отвалом Г, б — с поворотным отвалом 2 (универсальный); в — схема для определения объема грунта перед отвалом бульдозера; г — схема набора, перемещения и отсыпки грунта нями; срезка возвышенностей (холмы, бугры); засыпка оврагов, ям, траншей, пазух; планировка площадок; срезка откосов в выемках; возведение насыпей; устройство каналов при поперечном перемещении грунта и т. д. Схемы работы бульдозеров при разработке грунта приведены на рис. 12.6.

Объем грунта q, который может быть набран перед отвалом, зависит в основном от линейных размеров отвала бульдозера:

где #₀ — высота отвала, м; Ь₀ — ширина отвала, м; р — угол захвата, °; К_н — коэффициент заполнения емкости перед отвалом бульдозера в долях единицы от наибольшего возможного заполнения (к_н ~ 0,6…0,8); <�р — угол естественного откоса грунта (30…40').

Выбор схемы движения при производстве гидромелиоративных работ определяется из условия наименьших затрат времени на холостые пробеги, переключение скоростей и повороты.

Участки широких поверху каналов в выемке на глубину до.

1,5…2,0 м можно разрабатывать бульдозерами при движении их по поперечной схеме. При этом сечение выемки получается криволинейным и для проведения его к трапецеидальному профилю требуется последующая доработка.

Каналы, имеющие ширину поверху, не позволяющую вести поперечную разработку, а ширину по дну, соответствующую ширине захвата отвала бульдозера, можно разрабатывать по продольно-поперечной схеме. При этом способе один бульдозер срезает и перемещает грунт продольными ходами к границе двух разрабатываемых участков канала, а затем другой бульдозер поперечными ходами выносит грунт за пределы выемки.

Бульдозеры применяют для перемещения грунта, вынутого из выемки экскаваторами, а также для разравнивания грунта в отвалах, отсыпанных экскаваторами или транспортными средствами.

Бульдозеры можно применять для отсыпки общей подушки из закладываемых вдоль трассы резервов при строительстве магистральных, распределительных каналов и каналов разводящей сети на участках с подсыпным дном. При этом отсыпку ведут послойно с уплотнением каждого слоя.

Бульдозерами разравнивают грунт, отсыпанный в профильные насыпи самосвалами, тракторными тележками, большегрузными скреперами и другими транспортными средствами.

Бульдозеры используют также для зачистки и планировки поверхности дна и откосов каналов и котлованов, которые после разработки другими машинами получаются неровными.

При большей крутизне откосов применяют бульдозер со сменным откосником, прикрепляемым к отвалу.

Бульдозеры применяют при проведении различных вскрышных работ; работ, связанных с отсыпкой грунта в воду; при перекрытии русел рек, каналов, засыпке промоин, дамб, каналов и др.

При установке отвала с углом захвата, не равным 90°, бульдозер можно использовать на засыпке траншей с трубопроводами, дренажных устройств ликвидируемых каналов, при устройстве террас и выемок на косогорных участках, при профилировании полотна грунтовых дорог и т. д. Все эти работы выполняют без затраты времени на повороты и холостые пробеги, которые характерны для тех же работ, выполняемых обычным бульдозером по поперечной схеме.

Резание грунта может осуществляться как на горизонтальных участках или спусках, так и при движении на подъем. Длина пути набора грунта в среднем равна 6… 10 м, длина прямолинейного перемещения грунта находится в пределах 100 м. Грунт может укладываться бульдозером либо в виде отдельных валов, либо послойно в качественные насыпи. В процессе производства работ бульдозер часто перемещает грунт из выемки по откосу насыпи вверх или выполняет планировку откосов.

Эксплуатационная производительность бульдозеров П_э, м³/ч, определяется по формуле.

где а, Ь, И — геометрические размеры призмы волочения грунта перед отвалом, м (определяются замером в натуре); п — число циклов за 1 ч работы; А_н — коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунта перед отвалом (для отвалов без открылок А" = 0,9; для отвалов с открылками А_н = 1,2); А_п — коэффициент потери грунта при транспортировании его к месту отсыпки, зависящий от дальности перемещения (А_п = = 1,00…0,05); К_р — коэффициент разрыхления грунта (Ар = 1,05… 1,35); А_в — коэффициент использования рабочего времени (А_в = = 0,85… 0,90); А^ — коэффициент, учитывающий работу бульдозера под уклон или на подъем (при работе под уклон от 0 до 7° А^ = 1,0…2,0; при работе на подъем от 0 до 7° А^ = 1,0…0,5).

Число циклов за 1 ч работы определяется следующим образом:

где /" — продолжительность цикла работы бульдозера.

Продолжительность цикла работы бульдозера определяется по формуле

где /| — длина пути зарезания для набора необходимого объема грунта перед отвалом, м; щ, v₂, — соответственно скорости перемещения бульдозера в процессе зарезания грунта, перемещения его к месту отсыпки и обратного хода машины, м/с; L — длина перемещения грунта к месту его отсыпки и обратного хода, м; t₀ — время, затрачиваемое на переключение передач, опускание и подъем отвала, с (принимается равным 20…30 с); t_{ — время, затрачиваемое на разгрузку отвала при отсыпке грунта, с.

Скреперы. Скреперы предназначены для послойного срезания грунта с поверхности разрабатываемых участков, транспортирования его к месту назначения, послойной отсыпки в возводимые сооружения (насыпи и др.), а также для разработки различного рода выемок, выполнения планировочных и других работ. Скреперами разрабатывают самые разнообразные грунты — от песчаных до тяжелых глинистых, включая и мерзлые грунты с предварительным их рыхлением.

В дорожном строительстве применяют скреперы двух типов: прицепные двухосные к двухосным колесным или гусеничным тягачам, включая тракторы, и полуприцепные или самоходные одноосные к одноосным колесным тягачам.

По вместимости ковша скреперы бывают малой вместимости (от 3,2 до 4,5 м³), средней вместимости (от 6,3 до 8,0 м³), большой вместимости (от 10 до 25 м³ и более).

Предусматривается выпуск самоходных скреперов с ковшом вместимостью до 40 м³.

По способу загрузки ковша скреперы могут быть с загрузкой от силы тяги базового трактора или тягача скрепера в процессе резания грунта или с загрузкой от элеваторного устройства, смонтированного на скрепере. Преимущественное применение имеют скреперы с загрузкой от силы тяги базовой машины.

По способу разгрузки грунта из ковша скреперы могут быть со свободной (самосвальной) разгрузкой путем опрокидывания ковша вперед или назад по ходу движения скрепера; с полупринудительной передней разгрузкой; с полупринудительной донной разгрузкой; с принудительной разгрузкой.

При свободной разгрузке ковш с откинутой заслонкой опрокидывается вперед или назад по ходу движения машины; при этом грунт под действием собственной тяжести высыпается из ковша. Переувлажненные и липкие грунты при загрузке налипают на стенки и днище ковша и полностью не выгружаются, что снижает производительность скрепера.

При полупринудительной передней разгрузке днище и задняя стенка ковша, представляющие собой сборочный узел, опрокидываются вперед по ходу машины. При поднятой заслонке и опрокидывании днища совместно с задней стенкой грунт сначала вытесняется из ковша вперед по ходу машины, а в конце разгрузки под действием собственной тяжести ссыпается с днища. При этом способе разгрузки между днищем и задней стенкой ковша грунт может налипать и оставаться в ковше, что отрицательно сказывается на производительности скрепера, хотя и в меньшей степени, чем при свободной разгрузке.

При принудительной донной разгрузке днище и задняя стенка, подвешенные на шарнирах к боковой стенке ковша, опрокидываются вперед по ходу движения машины. Когда заслонка поднята, грунт сначала высыпается из передней части ковша, а затем при опрокидывании днища высыпается в проем, который образуется между кромкой днища и подножевой плитой ковша. При этом способе разгрузки незначительная часть грунта все же остается в ковше, в углу стыка днища и задней стенки. Принудительная разгрузка производится, когда поднята заслонка и выдвинутая задняя стенка ковша принудительно вытесняет грунт вперед по ходу движения машины. При этом ковш скрепера разгружается без остатка даже при наличии переувлажненных и липких грунтов.

Преимущество свободной разгрузки — простота конструкции; недостаток — неполная разгрузка ковша, особенно при работе на переувлажненных и вязких грунтах. Свободная разгрузка применяется в скреперах с ковшами небольшой вместимости, а принудительная — в скреперах с ковшами средней и большой вместимости.

Самоходные полуприцепные скреперы, базовыми машинами для которых служат одноосные автотягачи повышенной мощности, в 2—2,5 раза производительнее, чем прицепные скреперы, работающие в сцепке с гусеничными тракторами. Самоходные скреперы предназначены для разработки грунтов I, II и III групп и транспортирования их на расстояние 300…3 000 м. Если скорость транспортирования грунта прицепными скреперами составляет 8… 12 км/ч, то скорости транспортирования самоходными скреперами могут достигать 40… 50 км/ч. Рабочий план самоходных скреперов в зависимости от расстояния транспортирования грунта составляет 5…30 мин; при этом время, требуемое на наполнение ковша, не превышает 1…2 мин, а остальное время расходуется на транспортирование грунта и обратное следование машины к забою.

Эксплуатационная производительность скреперов П_э, м³/ч, определяется по формуле.

где /ц — продолжительность цикла работы скрепера, с; q — геометрическая вместимость ковша скрепера, м³; К_н — коэффициент наполнения ковша, зависящий от группы грунта и его состояния, от способа загрузки ковша, работы скрепера без толкача или с толкачом и других факторов (К_н = 0,80…0,12); К_е — коэффициент использования рабочего времени (К_в = 0,85…0,90); К_р — коэффициент разрыхления грунта (К_р = 1,2… 1,4).

Продолжительность полного рабочего цикла скрепера складывается из отдельных операций. Полный цикл работы скрепера может быть выражен следующей зависимостью:

где /| — продолжительность набора грунта в ковш, с; t₂ — продолжительность перемещения скрепера к месту укладки грунта, с; t₃ — продолжительность разгрузки грунта из ковша, с; г₄ — продолжительность перемещения скрепера забоя, с; /₅ — продолжительность поворотов, переключения передач и других затрат времени, принимаемая в среднем за 60 с.

Продолжительность отдельных операций определяется из следующих выражений:

где /, — длина пути наполнения ковша грунтом, м; и, — скорость движения скрепера при наполнении ковша грунтом, м/с; /₂ — длина транспортирования грунта к месту укладки, м; — скорость движения скрепера к месту разгрузки; /₃ — длина пути разгрузки из ковша, м; v₃ — скорость движения скрепера при разгрузке ковша, м/с; /₄ — длина перемещения порожнего скрепера к месту забоя, м; v₄ — скорость перемещения скрепера в порожнем состоянии к забою, м/с.

Сменная эксплуатационная производительность П_э скрепера может быть определена из следующей зависимости:

где N — количество часов в смене.