Назначение, классификация землеройно-транспортных машин.

Назначение, классификация бульдозеров.

Система индексации бульдозеров. Пути повышения производительности и перспективы развития.

Назначение землеройно-транспортных машин

Землеройно-транспортные машины – машины с ножевым или ковшовым рабочим органом, отделяющие грунт от массива и перемещающие его при поступательном движении машины под действием тягового усилия и укладывающие с частичным разравниванием и уплотнением.

Землеройно-транспортные машины предназначены для выполнения земляных работ. Ими возводятся насыпи, устраиваются выемки, профилируется земляное полотно и т. п. Они применяются в различных областях строительного производства при гидротехническом, транспортном и гражданском строительствах.

Рабочий процесс землеройно-транспортных машин состоит из следующих операций: копания грунта, его транспортирования и выгрузки. Характерной отличительной особенностью этих машин (в отличие от землеройных), является то, что все операции технологического процесса выполняются при их передвижении.

Классификация землеройно-транспортных машин

К землеройно-транспортным машинам относятся бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и землеройно-фрезерные машины.

В зависимости от вида рабочего оборудования землеройно-транспортные машины разделяются на ковшовые (скреперы), ножевые (бульдозеры, автогрейдеры и грейдер-элеваторы) и фрезерные (землеройно-фрезерные машины). Ножевые машины транспортируют грунт перед собой либо удаляют его в стороны. В последнем случае может осуществляться подача грунта на транспортер (грейдер-элеваторы).

Назначение бульдозеров.

Бульдозер — самоходная землеройно-транспортная машина циклического действия, представляющая собой гусеничный или колёсный трактор, тягач и с навесным рабочим органом — криволинейным в сечении отвалом (щитом), расположенным вне базы ходовой части машины.

Бульдозер предназначен для послойной разработки, планировки и перемещения (на расстояние 60…300 м) грунтов до IV категории (без рыхления), разрыхленных скальных пород, полезных ископаемых, дорожно-строительных и других материалов при строительстве и ремонте дорог, каналов, гидротехнических и т. п. сооружений.

Слово «бульдозер» появилось в конце XIX века — оно относилось к любой силе, способной сдвинуть большую массу.

В 1929 году появился именно первый бульдозер— огромная и шумная машина. Он был сделан на базе трактора путём монтажа спереди металлической пластины.

Классификация бульдозеров

По типу управления отвалом:

· с неповоротным отвалом, установленным перпендикулярно продольной оси базовой машины;

· с поворотным отвалом, который в горизонтальной плоскости можно устанавливать под углом в обе стороны от продольной оси машины или перпендикулярно к ней;

· универсальные с отвалом из двух шарнирно сочленённых половин, устанавливаемых в горизонтальной плоскости под различными углами к продольной оси машины или перпендикулярно к ней (путепрокладчик).

По назначению:

· общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ в различных грунтовых и климатических условиях;

· специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях (бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры).

Классификация бульдозеров

По тяговому усилию базовой машины:

· малогабаритные (класс до 0,9);

· сверхтяжелые (классы свыше 35).

По типу ходового устройства:

По типу системы управления отвалом:

Машины для землеройных работ

Все виды машин, используемые при комплексной механизации мелиоративных работ, подразделяются на две группы:

1) – общестроительные землеройные;

2) – мелиоративные (гидромелиоративные).

Общестроительные машины оборудуются универсальными рабочими органами, за счёт чего они способны выполнять не только строительные, но также и мелиоративные работы. У мелиоративных машин рабочие органы узкоспециализированы и рассчитаны на выполнение исключительно мелиоративных работ (одной либо нескольких).

Общестроительные машины совершают своими рабочими органами цикличные действия, которые являются незавершёнными и нуждаются в доделке, тогда как у мелиоративных машин всё наоборот – действия рабочих органов непрерывные, результатом каждого прохода машины является готовое мелиоративное сооружение либо его отдельный элемент.

Землеройные машины имеют три основных типа рабочих органов: 1) – зубья;

2) – ножи с отвалами;

Зубья используются для рыхления грунта в качестве самостоятельных рабочих органов (в корчевателях, рыхлителях и прочем) либо в составе ковшовых и ножевых рабочих органов (в бульдозерах, экскаваторах и прочем). С их помощью производятся подготовительные работы по рыхлению твёрдых грунтов.

Ножи с отвалами применяются для отделения от основного массива слоя грунта и его перемещения в сторону либо вперёд. Они изготавливаются дисковыми либо прямыми. Сферические диски производят отделение грунта от основного массива, его рыхление и подачу на транспортёр. Они монтируются на грейдерах-элеваторах. Прямые ножи, снабжённые отвалами, действуют по одной из двух схем:

1) – перемещают грунт перед собой;

2) – отваливают грунт в сторону.

Ковши, помимо отделения грунта от основного массива, производят его забор, перемещение к месту выгрузки и высыпание. По способу заполнения ковши подразделяются на два типа:

1) – горизонтальное движение заполнения (скреперы);

2) – наклонное движение заполнения (экскаваторы).

В основе механического способа выполнения земляных работ лежит последовательность таких процессов как: отделение грунта от естественного массива и его копание (выемка), транспортировка в зону укладки либо разгрузки, производство отделки земляного сооружения (уплотнение, разравнивание и прочее). Некоторые машины, именуемые землеройно-транспортными (скреперы, бульдозеры, грейдеры и прочие) способны выполнять две операции – разработку грунта и его транспортировку.

Скреперы производят послойное срезание грунта с разрабатываемой поверхности, его перемещение, отсыпку и дальнейшее разравнивание в зоне укладки. Скреперы применяются для разработки выемок (пруды, каналы), а также для возведения дамб и плотин.

Скреперы подразделяются на три вида, по способу агрегатирования:

и по объёму ковша:

1) – малый (не более 3 м3);

2) – средний (3-10 м3);

3) – большой (более 10 м3).

Широкое распространение в сельском хозяйстве получили двухосные прицепные скреперы, оборудованные ковшом малого объёма.

2) – Передняя рама;

6) – Шарнирно-рычажный механизм;

8) – Запасное колесо;

9) – Основная рама;

10) – Ось вращения ковша;

11) – Основной нож;

12) – Боковой нож;

13) – Цепь транспортной подвески.

Основные элементы скрепера [рис. 1]: основная (9) и передняя (2) рамы, ковш (7) с заслонкой (5), гидравлический цилиндр (4); ходовая часть вместе со сцепкой (1). Ножи (11) с двусторонней заточной посредством болтов крепятся к ковшу (передней его кромке). Поперечная балка связывает боковые стенки ковша (в передней части). Когда ковш опущен и находится в положении резания, заслонка (5) открыта и не преграждает путь грунту при поступлении в ковш. Когда ковш переведён в транспортное положение — заслонка его закрывает. Во время подъёма обеих рам скрепера посредством гидроцилиндра (4) происходит поворот ковша и открывание заслонки. При этом грунт из него беспрепятственно высыпается.

Крепление гидроцилиндра (4) к передней раме (2) – шарнирное, а сам шток соединён с основной рамой (9). В процессе опускания рамы происходит поворачивание ковша, и он переходит в рабочее положение. Соединение передней рамы с передком скрепера реализовано посредством шарового шарнира, а с основной рамой – шарнирами. Шаровой шарнир даёт возможность разворачивания ковша на угол 90 град. В случае длительных переездов передняя (2) и основная (9) рамы переводятся в транспортное положение и фиксируются цепью (13). Пара боковых ножей (12), смонтированных на раме, призваны облегчить резание грунта.

Бульдозеры копают (разрабатывают) грунт и затем перемещают его за счёт толкания. Целесообразность их использования реализуется в случае транспортировки грунта на расстояние до 100 м, а максимальная эффективность достигается, если данное расстояние не превышает 15-30 м. Бульдозеры подразделяются на два типа по способу монтажа отвалов:

1) – с неповоротным отвалом;

2) – с универсальным (поворотным) отвалом;

и по способу управления:

1) – с канатно-блочным управлением;

2) – с гидравлическим управлением.

Широкое распространение получили бульдозеры второго типа (более 80%). Принудительное заглубление их отвала является основной функцией в процессе работы на тяжёлых грунтах.

Рис. 2. Схемы бульдозеров.

А) – Бульдозер с гидравлическим управлением и неповоротным отвалом;

Б) – Призмы волочения;

2) – Винтовой раскос;

7) – Толкающий брус;

В состав бульдозера входит трактор и бульдозерное оборудование. Нижняя часть отвала (1) [рис. 2] тракторов, обладающих достаточной мощностью, как правило, шарнирно соединена с толкающими брусьями (7), а верхняя – посредством винтовых раскосов (2), в состав которой входят трубы и ввинченные в неё стержни с левой и правой резьбой. Для изменения угла резания (копания) в диапазоне 35-55 град следует вращать трубу, изменяя длину раскосов.

Рабочий процесс бульдозера заключается в копании, перемещении и последующем разравнивании грунта. В процессе копания производится заглубление отвала на 10-20 см вместе с движением вперёд, вследствие чего происходит срезание грунта. Он скапливается перед отвалом и образует призму волочения. Как только грунт достигнет верхней кромки отвала, производят его выглубление и затем грунт перемешается в зону разгрузки. Суть рационального режима работы заключается в максимальной глубине заглубления ножа отвала в самом начале, когда грунт ещё отсутствует перед отвалом и постепенном выглублении ножа в процессе роста призмы волочения, тем самым снижая толщину стружки. Это позволяет сократить в полтора раза путь набора грунта, а также использовать мощность двигателя в полном объёме.

Бульдозеры могут оснащаться следующими видами дополнительного оборудования:

1) – боковыми открылками, которые дают возможность увеличения объёма призмы волочения малосвязных и сыпучих грунтов;

2) – боковыми откосниками, позволяющими проводить планировку откосов дорог, дамб, каналов, плотин;

3) – специальными зубьями для корчевания пней и рыхления грунтов.

Грейдеры и грейдеры-элеваторы отличаются от скреперов и бульдозеров тем, что являются землеройно-транспортными машинами непрерывного действия. Основная функция грейдера – выполнение профилирования земляного полотна в процессе ремонта и строительства дорог, за счёт вынутого из кюветов (расположенных по бокам) грунта. Также грейдеры применяются для планировочных работ, нарезки каналов мелких оросительных сетей, очистки дорог от снега, терасирования горных склонов и прочее.

Грейдеры подразделяются на два типа по способу агрегатирования:

2) – автогрейдеры (самоходные).

Система управления грейдеров может быть реализована по одной из следующих схем: механической, гидравлической либо комбинированной. Как правило, прицепные грейдеры оснащены механической системой управления, а автогрейдеры – гидравлической. Последняя не только облегчает управление, но и обеспечивает более качественное заглубление ножа в почву. Грейдеры делятся на 3 типа:

1) – лёгкие (длина ножа 2,5-3 м);

2) – средние (длина ножа 3-3,4 м);

3) – тяжёлые (длина ножа 3,4-4,3 м).

Рис. 3. Прицепной грейдер.

А) – Схема прицепного грейдера;

Б) – Схема изменения угла захвата;

В) – Схема изменения угла врезания;
Г) – Схема изменения толщины стружки;

2) – Ходовая рама;

3) – Задние колёса;

5) – Рычаги управления;

7) – Передние колёса;

8) – Тяговая рама;

9) – Поворотный круг.

Универсальная подвеска, посредством которой отвал (1) [рис. 3, А)] прикреплён к кругу тяговой рамы (8), позволяет монтировать его под разными углами (в вертикальной и горизонтальной плоскостях). Полноповоротность отвала обеспечивается за счёт продольной базы. Данная подвеска позволяет осуществлять поворот поворотного круга по отношению к вертикальной оси — изменять угол захвата (θ) [рис. 3, Б)]; производить подъём/опускание правого либо левого края тяговой рамы – изменять угол вырезания (β) [рис. 3, В)]; производить подъём/опускание ножа по всей его длине – изменять толщину срезаемой стружки [рис. 3, Г)]. Имеется возможность регулировки наклона задних и передних колёс, за счёт чего достигается повышение устойчивости в процессе работы грейдера на склонах (откосах).

В основе процесса профилирования грунта (главный вид работ) лежат две операции:

1) – вырезание почвы из кювета;

2) – перемещение её к оси дороги.

Чтобы производить вырезание почвы из кювета, следует наклонить отвал в поперечно-вертикальной плоскости (угол β=11-15 град). Перемещение почвы к оси дороги вдоль отвала происходит вследствие установления отвала под углом (θ), который отвечает условиям скольжения:

Машины для земляных работ. Общая характеристика

Земляные работы относятся к главнейшим и наиболее распространенным в современном строительном производстве. Большая трудоемкость этих работ предопределяет необходимость максимальной их механизации , а массовость и разнообразие — применение машин многих типов.

Классификация земляных работ

Основная цель земляных работ — строительство земляных сооружений и добычи полезных ископаемых.

Земляные сооружения создаются вырезыванием их в грунтовом массиве или отсыпанием из грунта, который добывается в карьерах ли в специальных разрезах. Разновидности, формы и размеры земляных сооружений определяются прежде всего их назначением.

К земляным сооружениям относятся спланированные площадки, котлованы, дамбы, траншеи, каналы, насыпи и т.п..

Из полезных ископаемых (глины, керамзита, песка и т.п.) изготовляются строительные материалы.

Земляные работы выполняются не только в строительном производстве, но и в других областях — сельском хозяйстве, мелиоративном строительстве, в случае прокладывания разнообразных линий коммуникаций и т.д.

Земляные работы делятся на:

• подготовительные и вспомогательные — очищение территории от кустов, пней, снос разных сооружений, срезание растительного покрова, снижение уровня вод, закрепление грунтов, предварительное рыхление;
• основные — копание траншей, котлованов, насыпка дамб, насыпей и т.п.;
• специальные — прокладывание кабелей, бурение скважин, безтраншейное прокладывание трубопроводов, мелиоративные роботы, забивание в грунт разнообразных свай, камнерезательные роботы др.
• Отдельный вид работ – связанных с разработкой, транспортированием и укладыванием грунта с помощью средств гидромеханизации.

Классификация и общая характеристика машин для земляных работ

Машины для земляных работ классифицируются таким образом:

• по назначению — для подготовительных и вспомогательных работ, землерийно-транспортные, землеройные, для уплотнения грунтов,.для специальных земляных работ и средства гидромеханизации земляных работ;
• по типу привода — с приводом внутреннего сгорания, электрическим, гидравлическим и комбинированным;
• по количеству двигателей — одно- и много- двигательные;
• по мощности — малой, средней и большой мощности;
• по типу ходовой части — гусеничные, пневмоколесные, шагающие, рельсовые;
• по климатическому исполнению — в северном, тропическом и обычном выполнении.

К машинам для подготовительных и вспомогательных работ относятся разрыхлители на базе гусеничных и колесных тракторов, кусторезы, выкорчевыватели, оснащение для вырезания пней из грунта и т.п., а также специальное оснащение для водопонижения и укрепления грунтов.

Землеройно-транспортные машины делятся на ковшовые (скреперы), ножевые (бульдозеры и автогрейдеры) и машины с дополнительным транспортировочным органом (грейдеры-элеваторы).

К землеройным машинам относятся одно- и многоковшовые экскаваторы, а также одноковшовые погрузчики грунта.

Машины для уплотнения грунтов бывают статического действия (катки), ударные (трамбовочные), вибрационные и комбинированной.

К машинам для специальных земляных работ относятся буровые машины и оснащение, сваезабивные машины и оснащение, кабелеукладчики, оснащение для бестраншейного прокладывания трубопроводов, для копания ям под столбы линий связи и т.п.

К средствам гидромеханизации земляных работ относятся гидромониторы и земснаряды.

Различают машины статического и динамического действия.

В машинах статического действия (Рис. 1.1, а) энергия от двигателя (М) передается рабочему органу (РО) через несколько промежуточных механизмов — тяговый (ТМ), передающий (ПМ), ходовой (ХМ), напорный (НМ). Количество промежуточных механизмов может быть разной, но в любом случае не происходит непосредственная передача энергии на рабочий орган. Поэтому эти машины имеют сравнительно невысокие КПД и производительность и их работа сопровождается большими энергозатратами. И вдобавок повысить производительность таких машин можно лишь увеличением их размеров и мощности.

Большинство современных машин для земляных работ относятся к механизмам «статического» действия, то есть скорость взаимодействия их рабочего органа с грунтом не превышает 1 м/с. Это одноковшовые экскаваторы, погрузчики, скреперы, бульдозеры, автогрейдеры, разрыхлители.

Рис. 1.1. Схемы работы землеройных машин. а — статического действия; б, в – динамического действия

Большинства указанных недостатков лишены машины динамического действия, которые в последнее время применяются все более широко. Рабочие органы таких машин имеют отдельные приводы. Энергия от двигателя (ли нескольких двигателей) передается непосредственно на рабочий орган (Рис. 1.1, б, в). Это дает возможность уменьшить мощность основного двигателя и массу машины.

Различают машины независимого динамического действия и зависимой (рис. 1.1, б и в соответственно). В машинах зависимого действия между рабочим органом и каким-то механизмом (напорный, ходовым или тяговым) устанавливается упругий элемент (УЭ), который аккумулирует энергию от сил сопротивления грунта разрушению, которая потом передается на рабочую среду.

Машины динамического действия имеют важные преимущества сравнительно со статическими. Например, производительность одноковшового экскаватора массой 14.5 т с двигателем мощностью 59 квт и обычным рабочим оснащением на грунтах II группы составляет приблизительно 100 м 3 /ч, и такую самую производительность в одних и тех же грунтовых условиях имеет землеройный механизированный инструмент динамического действия массой 80 кг с двигателем мощностью 3,8 квт. Удельная производительность (то есть производительность, отнесенная к установленной мощности двигателей) этого одноковшового экскаватора равняется 1,7 м 3 /ч на 1 квт, а для механизированного землеройного инструмента — 26,0 м 3 /ч на 1 квт.

К указанной категории машин относят роторные экскаваторы, одноковшовые экскаваторы с сменным оснащением динамического действия (роторным, дисковым, фрезерным и т.п.) ли с виброзубъями, скреперы с элеваторной загрузкой, разрыхлители активного действия, землеройный механизированный инструмент, другие машины и оснащение

Основные термины и определения

Трактор — самоходная гусеничная или колесная машина, используемая для реализации напорного или тягового уси­лия посредством смонтированного на ней оборудования.

Погрузчик — самоходная гусеничная или колесная машина со встроенной опорной конструкцией и рычажной системой с фронтально расположенным ковшом, которая черпает или копает материал за счет движения машины вперед, а также поднимает, транспортирует и выгружает материал.

Обратная лопата – погрузчик — Самоходная колесная машина с главной металлоконструкцией, предназначенной служить в качестве опоры как для смонтированного впереди погрузочного механизма с фронтальным ковшом, так и для смонтированного сзади оборудования обратной лопаты. При использовании в режиме обратной лопаты машина обычно копает материал ниже уровня опорной площадки при движении ковша в направлении к машине. Обратная лопата поднимает, перемещает с поворотом и выгружает материал при стационарном положении ходового устройства. При использовании в режиме погрузчика машина черпает или копает материал за счет движения машины вперед, а также поднимает, транспортирует и выгружает материал.

Экскаватор — самоходная гусеничная или колесная машина, цикличного действия с одним ковшом или другим рабочим органом, осуществляющая, кроме копания грунта (или иного материала) и его перемещения путем вращения поворотной части, погрузочные, сваебойные или другие работы при помощи одного из видов сменного рабочего оборудования.

Землевоз – самосвал — самоходная колесная машина с открытым кузовом, которая транспортирует и выгружает или распределяет материал. Загрузка землевоза осуществляется внешними средствами.

Самоходный скрепер — самоходная колесная машина, имеющая открытый ковш с режущей кромкой, расположенный между передними и задними колесами, которая режет, набирает, транспортирует и распределяет материал при движении вперед. Набору материала при движении машины вперед может способствовать снабженный приводом механизм элеваторной загрузки, установленный на ковше скрепера.

Автогрейдер — самоходная колесная машина с регулируемым отвалом, расположенным между передними и задними колесами, которая режет, перемещает и распределяет материал в целях профилирования.

Каток и уплотняющая машина — самоходная прицепная, перемещаемая вручную или выполненная в виде дополнительного оборудования машина, которая уплотняет материалы, в том числе каменные насыпи, грунты, асфальтобетонные покрытия и мусор, путем укатывания, трамбования или вибрационного воздействия.

Трубоукладчик — самоходная гусеничная машина, специально предназначенная для подъема и укладки труб и транспортирования оборудования для трубопроводов. Данная машина, базой для которой служит гусеничный трактор, имеет специально сконструированные составные части, например ходовое устройство, главную раму, противовес, механизм подъема стрелы и груза и боковую стрелу, поворачивающуюся в вертикальной плоскости.

Бульдозер — Самоходная гусеничная или колесная машина с регулируемым фронтально-расположенным отвалом, которая режет, перемещает и распределяет материал при движении вперед.

Бульдозер-рыхлитель — самоходная гусеничная или колесная машина с регулируемым фронтально-расположенным отвалом и регулируемым рыхлителем заднего расположения, которая режет, перемещает и распределяет материал отвалом или рыхлит рыхлительным оборудованием при движении вперед.

Конспект лекций по курсу «Машины для земляных работ» для студентов специальности 7.090214 “Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование” (ПТМ) / Лавшонок А.В. – Донецк: ДонНТУ, 2004. – 100 с.