Назначение и устройство бульдозеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Назначение бульдозера

2. Устройство бульдозера

3. Принцип работы

4. Конструктивные и эксплуатационные параметры

Список использованной литературы



1. Назначение бульдозера

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

Бульдозеры используются при выполнении следующих видов строительных работ: расчистке территории от растительного слоя грунта, остатков пней и корней, планировке территории со срезкой неровностей, засыпкой впадин и удалением излишнего грунта, сооружении насыпей и выемок при строительстве железных и шоссейных дорог, разработке широких траншей и котлованов, возведении дамб, разработке грунта на косогорах, окучивании и подчистке грунта при работе экскаватора, транспортировании заполнителей к приемным устройствам на складах нерудных строительных материалов, толкании рыхлителей и скреперов.

По назначению бульдозеры подразделяются на общего назначения и бульдозеры специального назначения. Бульдозеры общего назначения применяют для всех основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ преимущественно для разработки грунтов I, II и III категорий. Бульдозеры специального назначения - в особых условиях (к специальным бульдозерам относятся толкачи, бульдозеры для работы в подземных и подводных условиях и. т. п).

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

К сверхлегким относятся класс до 0, 9 мощностью 18, 5 - 37, 0 кВт; к легким - класс 1, 4 - 4, 0 мощностью 37, 0 - 96, 0 кВт; к средним - класс 6, 0 - 15, 0 мощностью 103 - 154 кВт, к тяжелым - класс 25 - 35 мощностью 220 - 405 кВт и к сверхтяжелым - класс свыше 35 мощностью 510 кВт и более.

По ходовой части бульдозеры подразделяются на гусеничные и пневмоколесные.

По рабочему органу - с неповоротным и с поворотным отвалами. Неповоротный отвал бульдозера установлен под углом 90° к продольной оси трактора. Бульдозер с поворотным отвалом может работать при различных положениях отвала. Так, например, поворотный отвал может устанавливаться под небольшим углом в поперечной плоскости; при изменении положения отвала в вертикальной плоскости можно изменять величину угла резания. Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах отвал снабжается боковыми открылками. По виду управления рабочим органом - с механическим, гидравлическим и пневматическим управлениями.

бульдозер гусеничный ходовой трансмиссия

2. Устройство бульдозера

Бульдозер состоит из следующих основных узлов и агрегатов: остов (рама) трактора, двигатель, ходовая трансмиссия, ходовое оборудование, рабочее оборудование с механизмом управления им, кабина с органами управления, корпусные и облицовочные детали.

Остов базового тягача (трактора) - это металлическая конструкция, собранная из литых, кованых и катаных фрагментов. Он фиксирует все агрегаты машины относительно друг друга, а также воспринимает и перераспределяет нагрузки, передаваемые рабочим и ходовым оборудованием бульдозера.

Тип остова трактора предопределён типом его ходового оборудования и в свою очередь определяет способ маневрирования машины в целом. Для гусеничных машин характерен моноблочный тип остова, и маневрируют они за счёт рассогласования скоростей правой и левой гусениц (так называемый бортовой поворот).

Конфигурация остова гусеничного бульдозера зависит от его размера и контура гусеничной ленты. Цельносварная конструкция рамного типа (рис. 1) состоит из продольных (правый и левый лонжероны) и поперечных элементов (передняя и подмоторная траверсы, задняя стенка), площадок и фланцев крепления агрегатов и узлов и косынок, повышающих жёсткость конструкции.

В центре подмоторной траверсы имеется гнездо цилиндрического шарнира, которым к ней крепится балансирный брус. Концы бруса опираются на передние части катковых рам гусеничных тележек, обеспечивая контакт остова трактора с ходовым оборудованием в трёх точках (правая и левая подшипниковые опоры ведущих звездочек и центральный шарнир балансирного бруса).

Рис. 1. Остов и катковая рама гусеничного бульдозера: 1 и 5 - правый и левый лонжероны; 2 - гнездо шарнира крепления балансирного бруса; 3 - передняя траверса; 4 - подмоторная траверса;- ; 6 и 8 -гнёзда подшипников ведущих полусей; 7 - задняя стенка; 9 - цапфа шарнира крепления катковой рамы; 10 - катковая рама.

Благодаря такому решению каждая из гусеничных тележек может копировать рельеф местности, поворачиваясь относительно оси цапфы, которой она крепится к остову трактора, и уменьшая при этом в два раза амплитуду вертикальных колебаний передней части машины по сравнению с высотой преодолеваемых неровностей. У тяжелых машин концы балансирного бруса оснащают резиновыми подушками или листовыми рессорами, смягчающими ударные нагрузки. Другим вариантом остова гусеничного бульдозера является полурамная конструкция (рис. 2), состоящая из корпуса ходовой трансмиссии и приваренной к ней передней сварной полурамы, образованной правым и левым лонжеронами и передней и средней траверсами. В этой конструкции заднюю стенку заменяет корпус ходовой трансмиссии.

Для колесных бульдозеров бортовой поворот или маневрирование поворотом управляемых колес затруднительны, так как им приходится работать на рыхлом грунте, создающем дополнительные сопротивления. На сегодняшний день более рациональным для колесных бульдозеров (как и других колёсных землеройных машин) считается использование шарнирно-сочлененных рам.

Рис. 2. Остов полурамной конструкции: 1 и 3 - левый и правый лонжероны; 2 - передняя траверса; 4 - фланец цапфы шарнира крепления катковой рамы; 5 - фланец конечного редуктора; 6 - корпус ходовой трансмиссии; 7 - средняя траверса с гнездом шарнира балансирного бруса.



Рис. 3. Шарнирно-сочленённая рама колёсного бульдозера: 1 - передняя полурама; 2 - гнёзда под шарниры крепления гидроцилиндров подъёма и опускания отвала; 3 -цапфа крепления диагонального звена, соединяющего раму с отвалом; 4 - цапфа правого упряжного шарнира; 5 - задняя полурама с подмоторной рамой.

Остов колесного бульдозера (рис. 3) состоит из передней и задней полурам, шарнирно соединенных между собой и способных поворачиваться относительно друг друга в плане под действием рулевых гидроцилиндров.

Такая конструкция называется шарнирно-сочленённой рамой. Для повышения её сопротивления поперечному скручиванию верхний и нижний шарниры, соединяющие полурамы, располагают как можно дальше друг от друга по высоте.

Рулевые гидроцилиндры являются частью гидравлической рулевой системы следящего типа, обеспечивающей строгое соответствие угла поворота полурам относительно друг друга углу поворота рулевого колеса. Поскольку рулевое управление должно работать и при отказе двигателя, рулевые гидросистемы шарнирно-сочлененных машин оснащаются гидронасосом с автономным источником энергии (например, аккумулятором).

У большинства бульдозеров с шарнирно-сочлененными рамами угол поворота полурам относительно друг друга составляет около в каждую сторону. На передней полураме колесной машины устанавливают бульдозерное оборудование с механизмами управления им и иногда кабину машиниста.

Бульдозерный отвал не должен менять положение относительно поверхности грунта случайным образом, поэтому передний ведущий мост крепится к передней полураме без подвески.

На задней раме устанавливают двигатель с ходовой трансмиссией и, как правило, кабину машиниста. Для того чтобы все колеса машины сохраняли контакт с опорной поверхностью при движении по неровностям, заднюю полураму шарнирно крепят к заднему ведущему мосту в его средней точке. Благодаря этому задний мост может покачиваться относительно рамы на угол до , что обеспечивает бульдозеру надлежащие тягово-сцепные свойства. Обе полурамы оборудуют одинаковыми ведущими мостами.

Силовые установки современных бульдозеров - это низкоскоростные дизельные двигатели, имеющие повышенный крутящий момент при частоте вращения коленчатого вала . Повышение крутящего момента достигается уменьшением соотношения «диаметр поршня - ход поршня», которое колеблется у них в пределах . Такие двигатели хорошо приспособлены к работе на малых скоростях с большими тяговыми сопротивлениями и позволяют использовать ходовые трансмиссии с меньшими передаточными числами.

Ходовые трансмиссии современных бульдозеров в большинстве случаев являются либо механическими, либо комбинированными. Механические трансмиссии гусеничных бульдозеров имеют один ведущий мост с конечными редукторами, многодисковым сцеплением (фрикционом) и многодисковым тормозом каждой из двух гусеничных тележек.

Гидромеханические ходовые трансмиссии гусеничных бульдозеров оснащают гидродинамическими (с гидромуфтами и гидротрансформаторами) или гидрообъёмными (с гидронасосами и гидродвигателями) агрегатами. В тракторах с электромеханической ходовой трансмиссией источником постоянного тока служит дизель-генератор, а тяговые электродвигатели встроены в конечные редукторы привода гусениц.

В последние годы всё большее развитие получают гидрообъёмные ходовые трансмиссии, имеющие ряд преимуществ перед традиционными схемами.

Ходовые механические трансмиссии колёсных бульдозеров выполняются по полноприводной схеме, причём каждое колесо, как правило, имеет свой конечный редуктор и многодисковый тормоз.

В качестве рабочих тормозов колёсных бульдозеров часто используют встраиваемые в ходовую трансмиссию многодисковые механизмы, работающие в масляной ванне. Такие тормоза надежны, имеют высокую работоспособность при частых включениях и высоких тормозных моментах, нетребовательны к обслуживанию. Фрикционные пакеты многодисковых тормозов располагают в корпусах ведущих мостов, кожухах ведущих полуосей или конечных редукторах.

Ходовое оборудование обеспечивает передвижение машины по опорной поверхности и создание необходимой для её работы силы тяги. Тип ходового оборудования диктует компоновку машины и набор установленных на ней агрегатов. Гусеничные трактора, как правило, оснащают и бульдозерным и рыхлительным оборудованием, колёсные - только бульдозерным. Это обусловлено меньшими тяговыми возможностями колёсных машин и, как следствие, ограничением области их применения. Гусеничные машины маневрируют за счёт бортового поворота, пневмоколесные - за счёт поворота полурам относительно друг друга в плане.

Основное рабочее оборудование бульдозера - бульдозерное. Оно состоит из бульдозерного отвала и механизма его крепления к базовому трактору. Различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалом. Неповоротный отвал, как правило, имеет возможность поворачиваться на несколько градусов в вертикальной поперечной плоскости (рис. 4), что позволяет разрабатывать прочный грунт угловыми, наиболее прочными его ножами. Перекос возможен благодаря наличию зазоров в многочисленных шарнирах механизма подвески отвала. Увеличение длины одного из вертикальных раскосов приводит к компенсации зазоров во всех шарнирах механизма подвески отвала и изменению угла его наклона в поперечной плоскости. Использование гидроцилиндров вместо винтовых раскосов делает операцию перекоса отвала дистанционно управляемой и практически не требующей затрат времени.

Бульдозеры с поперечным перекосом неповоротного отвала могут разрабатывать до всех видов грунтов, включая мерзлые грунты и горные породы, которые иначе приходится предварительно рыхлить.

Рис. 4. Перекос бульдозерного отвала в поперечной плоскости.

Бульдозеры с поворотным отвалом имеют ограниченную область применения. Их в основном используют для прокладки пионерных и временных дорог, нарезки террас на косогорах и засыпки траншей. В этих случаях повернутый в плане отвал дает некоторые преимущества, хотя положение центра давления промышленных тракторов не позволяет поворачивать отвал на угол больше .

Из-за этого не удается добиться непрерывного схода грунта с отвала в сторону, и работа непрерывными продольными проходами практически неосуществима. Основную часть своего рабочего времени такие бульдозеры работают с отвалом, установленным под прямым углом к направлению движения.

Конструктивные особенности механизмов подвески бульдозерного отвала сводятся к схеме с толкающими брусьями (неповоротные отвалы) и схеме с универсальной толкающей рамой (поворотные отвалы). В подавляющем большинстве случаев отвалы бульдозеров всех типов (за исключением очень старых моделей) управляются гидроцилиндрами.

Неповоротный бульдозерный отвал (рис. 5) соединён с трактором толкающими брусьями и гидроцилиндрами его подъёма/опускания.

Толкающие брусья и гидроцилиндры крепятся к задней стенке отвала шарнирно, поэтому отвал фиксируется в вертикальном положении вертикальными раскосами (винтовыми и/или гидравлическими), позволяющими изменять угол его наклона.

Колебания отвала в горизонтальной плоскости предотвращают горизонтальными раскосами, поперечными консолями Г-образных толкающих брусьев или диагональным звеном, соединяющим отвал непосредственно с рамой трактора.

Рис. 5. Бульдозерное оборудование с неповоротным отвалом.



а - вид сбоку; б - вид сверху; 1 -отвал; 2 - толкающие брусья; 3 - упряжные шарниры; 4 - вертикальный гидравлический раскос; 5 - гидроцилиндры подъема/опускания отвала; 6 - горизонтальные раскосы; 7 - вертикальный винтовой раскос.

Поворотный бульдозерный отвал (рис. 6) крепят к широкой универсальной толкающей раме толкающими брусьями и вертикальными раскосами. В середине задней стенки поворотного отвала устроено сферическое гнездо, в которое упирается сфера цапфы, закреплённой на выступающей вперёд центральной части универсальной рамы.

Лонжероны рамы охватывают гусеничные тележки с наружной стороны и соединены с катковыми рамами упряжными шарнирами.

Рис. 6. Бульдозерное оборудование с поворотным отвалом и широкой рамой: а - вид сбоку; б - вид сверху; 1 - отвал; 2 - центральный шарнир; 3 - левый гидрораскос; 4 - левый толкающий брус; 5 - проушины для крепления толкающих брусьев; 6 - широкая универсальная толкающая рама; 7 - гидроцилиндры подъёма/опускания рамы; 8 - упряжные шарниры.

На виде сверху (рис. 6б) толкающие брусья не видны, так как их заслоняют вертикальные раскосы. Задние концы толкающих брусьев крепят в проушинах универсальной толкающей рамы. С каждой её стороны имеется три таких проушины: средняя - для прямого положения отвала и две крайние - для поворота отвала в плане. Если левый толкающий брус крепят в левой передней проушине, то левый угол отвала выдвигается вперед, а правый - назад, и наоборот.

0

Рис. 7. Бульдозерное оборудование с поворотным отвалом и узкой рамой: 1 - отвал; 2 - узкая универсальная толкающая рама; 3 - гидроцилиндр поперечного перекоса отвала; 4 - механизм изменения угла резания; 5 - левый и правый гидроцилиндры поворота отвала в плане; 6 - левый и правый гидроцилиндры подъёма/опускания отвала; 7 - цапфы шарниров гидроцилиндров; 8 - гнёзда упряжных шарниров.

Существуют узкие универсальные толкающие рамы (рис. 7), лонжероны которых проходят между гусеничными тележками и основной рамой трактора и соединены упряжными шарнирами непосредственно с рамой трактора. В этом случае перекос отвала в поперечной плоскости и его поворот в плане осуществляются дополнительными гидроцилиндрами. Достоинство такой компоновки в том, что усилия, воспринимаемые отвалом, передаются непосредственно на раму трактора, а не на гусеничные тележки. К её недостаткам можно отнести увеличение числа гидроцилиндров, управляющих работой бульдозерного оборудования и снижение момента сопротивления универсальной толкающей рамы силам и моментам, действующим в вертикальной поперечной плоскости.

Прямой отвал (рис. 8) используют для копания грунтов нормальной и повышенной прочности. Он обеспечивает большую удельную мощность и тягу на режущей кромке, быстрее заглубляется в грунт и наполняется, допускает копание с перекосом в поперечной плоскости.

Рис. 8. Прямой отвал: 1 - отвальная поверхность; 2 - средние ножи; 3 - угловые ножи; 4 - проушины для крепления толкающих брусьев; 5 - проушины для крепления вертикальных раскосов; 6 - боковые косынки.

Полусферический (или полууниверсальный) отвал (рис. 9) дополнительно имеет две короткие боковые секции с угловыми ножами и по сравнению с прямым отвалом обладает повышенной вместимостью и лучшей накопительной способностью. Он достаточно быстро заглубляется в плотные грунты и допускает копание с перекосом.

Рис. 9. Полусферический отвал: 1 - боковая секция; 2 - угловой нож; 3 - лобовая секция; 4 - средний нож.



Сферический (или универсальный) отвал (рис. 10) оборудован более широкими, чем у полусферического, боковыми секциями с боковыми и угловыми ножами и не менее чем одной лобовой секцией режущей кромки.

Рис. 6.10. Сферический отвал: 1 - лобовая секция; 2 - средний нож; 3 - боковая секция; 4 - угловой нож.

Он очень эффективен при перемещении больших объемов грунта на расстояние до м, но копает хуже прямого и полусферического из-за более длинной режущей кромки. Кроме того, центр его массы расположен дальше от центра массы трактора, что ухудшает тягово-сцепные качества машины.

Поворотный отвал (рис. 11) устанавливают под углом к продольной оси машины и используют при укладке грунта в боковые валки, черновом профилировании дорог, рытье и обратной засыпке траншей.



Рис. 11. Поворотный отвал: 1 - лобовой лист; 2 - угловой нож; 3 - средний нож; 4 - скошенная внутрь боковая стенка коробки жёсткости

Из-за увеличенной длины и соответственно меньшей жёсткости такие отвалы не рекомендуют применять на тяжелых и скальных грунтах. Длина поворотного отвала подбирается так, чтобы при любом повороте элементы бульдозерного оборудования или базового трактора не выступали за боковые кромки отвала.

Длина режущей кромки такого отвала больше длины его верхней кромки, боковые кромки лобовой поверхности имеют эллиптические очертания, а боковые поверхности коробок жесткости отвала скошены внутрь, чтобы при копании отвалом, повернутым под углом, они не упирались в грунт.

Существуют и специализированные отвалы, созданные для специфических видов работ. Так, буферный отвал используют на бульдозерах-толкачах, работающих со скреперами. Его лобовая поверхность усилена дополнительным листом и иногда дополнительно покрыта резиновым листом, поглощающим энергию удара отвала о скрепер.

Полусферический отвал с переменным по длине радиусом кривизны отвальной поверхности хорошо приспособлен к копанию грунтов средней прочности и отличается повышенной вместимостью и накопительной способностью. Для перемещения очень легких материалов применяют полусферический отвал увеличенной вместимости. Для сгребания и уплотнения материала на полигонах бытовых отходов используют отвал увеличенной вместимости, режущая кромка которого напоминает латинскую букву , благодаря чему он сгребает мусор под уплотняющие катки.

Обычно отвал (рис. 12) состоит из лобового листа (одна или несколько секций), коробок и/или ребер жёсткости, задней стенки и проушин для шарниров механизма его крепления к трактору.

Рис. 12. Элементы конструкции прямого бульдозерного отвала: а - вид сбоку; б - вид сзади; 1 - сменные ножи; 2 - лобовой лист; 3 - защитный козырёк штока левого гидроцилиндра подъёма/опускания отвала; 4 - верхняя коробка жёсткости; 5 - проушины под левый раскос; 6 - проушины под шток левого гидроцилиндра подъёма/опускания отвала; 7 - проушины под левый толкающий брус; 8 - нижняя коробка жесткости.

Лобовой лист стандартного отвала (рис. 13) образует цилиндрическую поверхность, верхняя кромка которой переходит в плоский козырек, а нижняя - в плоскую режущую кромку, образуемую сменными ножами. Сзади отвал усилен задней стенкой, коробками и ребрами жесткости и оснащен проушинами и кронштейнами для соединения с механизмом его крепления к трактору. Число и схема расположения ребер и коробок зависят как от тягового класса бульдозера, так и от типа отвала, в частности, его назначения, геометрических размеров и их соотношения, а также от методов, используемых при расчетах его прочности и жесткости.

Рис. 13. Параметры поперечного профиля лобового листа

Размеры элементов поперечного профиля лобового листа определяют по выражениям:

;

;

;

где: - фактическая высота отвала; - длина хорды, соединяющей концы дуги ; - угол кривизны отвала; - угол резания (неповоротные , поворотные ); Hкз - собственная высота козырька; - угол наклона козырька; - радиус кривизны цилиндрической поверхности; - собственная высота плоской режущей кромки; - угол опрокидывания (неповоротные , поворотные ).



Рис. 14. Бульдозерно-рыхлительный агрегат: 1 - отвал; 2 - гидрораскос; 3 - трактор; 4 - прицепная серьга; 5 - опорная рама; 6 - верхняя тяга; 7 - рама; 8 - рабочая балка; 9 - зуб; 10 - гидроцилиндр.

Рабочее оборудование бульдозеро-рыхлительных агрегатов представляет собой раму и рыхлительные зубья, навешиваемые сзади базового трактора и управляемые посредством гидравлической системы (рис. 14).

По конструктивным особенностям бульдозерно-рыхлительное оборудование подразделяется на однозубные и многозубные рыхлители.

По способу навески этот вид оборудования навешивается либо к корпусу заднего моста (наиболее распространенный способ), либо к раме заднего моста; по креплению рыхлительных зубьев может быть с жестким и шарнирным креплением.

Бульдозерно-рыхлительиое оборудование (рис. 15.) применяют для предварительной разработки (рыхления) более прочных, особо прочных, мерзлых, а в отдельных случаях и скальных грунтов и пород, особенно при мощных базовых тракторах.



Рис. 15. Навесное рыхлительное оборудование: 1 - верхняя тяга; 2 - опорная рама; 3 - гидроцилиндры заглубления; 4 - нижняя рама; 5 - зуб; 6 - рабочая балка; 7 - рама рыхлителя.

Рабочим органом рыхлительного оборудования является зуб, состоящий из стойки с посадочным хвостовиком, наконечника, защитной накладки и элементов крепления.

В современных рыхлителях применяют стойки (как несущий элемент бульдозерно-рыхлительного оборудования) 3 типов - изогнутые, прямые, с малым изгибом. Наибольшее применение получили изогнутые стойки, так как в процессе рыхления грунтов имеют меньшую напряженность в сравнении с прямыми, хотя изогнутые стойки при работе нередко заклиниваются глыбами средних и тяжелых трещиноватых скальных и мерзлых грунтов и пород.

3. Принцип работы

Рабочий процесс бульдозера складывается из резания грунта и транспортирования его на относительно небольшие расстояния.

При прямой разработке грунта бульдозер, двигаясь по прямой линии, срезает и перемещает грунт к месту отсыпки, после чего, подняв отвал, возвращается задним ходом в исходное положение. Грунт срезают и перемещают до тех пор, пока он не будет выбран на требуемую глубину.

При боковой разработке грунта бульдозер, двигаясь сначала по прямой, срезает грунт, накапливая его перед отвалом, затем делает поворот в правую или в левую сторону, где отсыпает грунт. Оставив грунт в месте отсыпки, бульдозер возвращается задним ходом в исходное положение и повторяет ту же операцию. Эта схема применяется при срезке бугров, засыпке впадин и траншей, планировочных работах.

При разработке грунта ступенями бульдозер, двигаясь по прямой вперед, срезает и перемещает грунт в возводимую насыпь с одной позиции, а обратно возвращается для следующего забора грунта в другое место, находящееся рядом с первой позицией. Для забора следующей партии грунта бульдозер возвращается задним ходом. Эта схема работы бульдозера наиболее распространена при возведении насыпей.

При срезке бугров, холмов и отдельных неровностей, а также при разработке выемок набор грунта осуществляется при движении бульдозера под уклон, причем общая высота срезки может достигать 3 м и больше, а уклон, под которым срезается грунт, - до 30°.

Засыпка оврагов, ям и траншей выполняется аналогично рассмотренной выше схеме по срезке холмов, бугров и различного рода неровностей. Эти работы часто совмещаются - срезая бугры и неровности, засыпают ямы, траншеи и др.

После окончания планировки выполняется чистовая отделка участка, при этом бульдозер движется задним ходом со свободно опущенным отвалом для машин с канатным управлением и при «плавающем положении» - с гидравлическим управлением. Планировка откосов выполняется бульдозером, оборудованным откосником. Откосы выемок и насыпей крутизной до 35° можно планировать бульдозером при поперечных проходах под уклон.

При устройстве каналов с поперечным перемещением грунта нож отвала бульдозера срезает грунт по всей ширине канала и перемещает его на противоположную бровку, возвращаясь задним ходом в исходное положение.

Такой способ применим при устройстве каналов относительно небольшой ширины глубиной до 2,0 м и крутизне его откосов не более 20°. Окончательная доводка профиля канала выполняется откосниками.

4. Конструктивные и эксплуатационные параметры

Ситуации, наиболее опасные для прочности бульдозерного оборудования, описываются соответствующими расчетными положениями.

Расчетное положение №1. Бульдозер, двигаясь прямо, с постоянной скоростью и запертыми гидроцилиндрами, (рис. 16) с ходу упирается центром режущей кромки отвала в препятствие.

Рис. 16. Схема к расчётному положению № 1

Скорость бульдозера резко падает, движитель работает на пределе полного буксования, стремясь преодолеть сопротивление на режущей кромке отвала:

;

где: и - сила тяжести () и общая масса () бульдозера; - максимальный коэффициент сцепления; - фактическая рабочая скорость бульдозера к моменту столкновения с препятствием, ; - суммарная жесткость металлоконструкции бульдозерного оборудования и препятствия, . Расчетное положение №2. Бульдозер, двигаясь по прямой, заглубляет отвал в грунт. Сила, развиваемая гидроцилиндрами, вывешивает машину на середине режущей кромки отвала (рис. 17) с опрокидыванием вокруг точки .

Рис. 17. Схема к расчётному положению № 2

Скорость бульдозера резко падает, движитель работает на пределе полного буксования, стремясь преодолеть горизонтальную составляющую сопротивления на режущей кромке отвала:

где: - вертикальная составляющая сопротивления на режущей кромке отвала, ; , , - плечи действия сил, .

Расчетное положение №3. Бульдозер, двигаясь по прямой, заглубляет отвал в грунт. Сила, развиваемая гидроцилиндрами, вывешивает машину на конце режущей кромки отвала (рис. 18) с опрокидыванием вокруг точки . Скорость бульдозера резко падает, движитель работает на пределе полного буксования, стремясь преодолеть горизонтальную составляющую сопротивления на режущей кромке отвала.



Рис. 18. Схема к расчётному положению № 3

Составляющие расчётного сопротивления определяют по формулам:

где: - боковая составляющая сопротивления на режущей кромке отвала, ; - длина отвала, .

Расчетное положение №4. Бульдозер, двигаясь по прямой, выглубляет отвал из грунта. На середину режущей кромки отвала действует реакция грунта, удерживающая отвал. Сила, развиваемая гидроцилиндрами, стремится опрокинуть машину вокруг точки (рис. 19).



Рис. 19. Схема к расчётному положению № 4

Скорость бульдозера резко падает, движитель работает на пределе полного буксования, стремясь преодолеть горизонтальную составляющую сопротивления на режущей кромке отвала.

Составляющие расчётного сопротивления определяют по формулам:

Расчетное положение №5. Бульдозер, двигаясь по прямой, выглубляет отвал из грунта. На конец режущей кромки отвала действует реакция грунта, удерживающая отвал. Сила, развиваемая гидроцилиндрами, стремится опрокинуть машину вокруг точки (рис. 20).



Рис. 20. Схема к расчётному положению № 5

Скорость бульдозера резко падает, движитель работает на пределе полного буксования, стремясь преодолеть горизонтальную составляющую сопротивления, действующего на режущую кромку отвала. Составляющие расчётного сопротивления определяют по формулам:

Если вертикальная составляющая сопротивления на отвале направлена вниз (расчетные положения №4 и №5), мощности двигателя может не хватить для реализации силы тяги машины, возможной по сцеплению, так как

Тогда для определения продольной и боковой составляющих сопротивления на отвале используют выражения:



где: - общая сила тяжести бульдозера, ; - максимальный коэффициент сцепления; - движущая сила, найденная по величине крутящего момента на движителе, ; - сопротивление движению машины по опорной поверхности, (); - коэффициент трения гусениц о грунт при боковом сдвиге ().

Суммарная жесткость бульдозерного оборудования и препятствия определяется уравнением:

где: - жесткость бульдозерного оборудования, (), ; - жесткость препятствия (табл. 1).

Расчетному положению соответствуют данные пунктов ; расчетным положениям - данные пунктов . Бульдозерное оборудование с поворотным отвалом проверяется по расчетным положениям . В качестве точки приложения нагрузок выбирается выступающий вперед конец отвала.

Таблица 1. Жесткость препятствий

№ п/п	Расчетная ситуация	Удельная жесткость
1	Заглубление отвала длиной 3 м в грунт I категории под углом резания:		3,724 10,980
2	Заглубление отвала длиной 3 м в грунт II категории под углом резания:		5,488 16,950
3	Заглубление отвала длиной 3 м в грунт III категории под углом резания:		9,310 27,640
4	Удар отвалом в сосновую сваю на высоте 0,15 м от заделки нижнего конца: - при диаметре сваи - при диаметре сваи	2398,5 2368,2
5	Удар отвалом в кирпичный столб шириной и площадью сечения на высоте от заделки	4560,8	2736,5
6	Гранитный массив шириной		25480

70

Рис. 21. Схема к расчёту усилий в гидроцилиндрах подъёма и опускания отвала и упряжных шарнирах

При определении реакций в упряжных шарнирах и усилий в гидроцилиндрах используют расчетную схему (рис. 21), в которой:

- начало координат находится в точке сопряжения правого толкающего бруса с отвалом;

- бульдозерный отвал представляет собой плоскую вертикально расположенную пластину с выступающим вперед плоским ножом;

- бульдозерный отвал жестко соединен с толкающими брусьями;

- оба упряжных шарнира - сферические.

Значения продольных и вертикальных составляющих реакций в упряжных шарнирах определяют по выражениям:

где: и - усилия, развиваемые левым и правым гидроцилиндрами соответственно; , и - вертикальная, продольная и боковая составляющие усилия на отвале, преодолеваемого бульдозером; - координата по оси точки приложения составляющей ; - плечо действия сил и относительно оси, соединяющей упряжные шарниры; , - вертикальные, , - продольные, , - боковые составляющие реакций в левом и правом упряжных шарнирах соответственно; - координата по оси точки приложения составляющей ; - координата по оси точки приложения составляющей ; - угол наклона плоскости, в которой лежат штоки гидроцилиндров, к плоскости, в которой лежат толкающие брусья; - плечо действия составляющей относительно оси, соединяющей упряжные шарниры; - расстояние по оси от начала координат до оси, соединяющей упряжные шарниры.

Для схемы с раскосами или Г-образными толкающими брусьями реакции и находят решением статически неопределимой задачи в плоскости рамы.

Теоретическая производительность бульдозера , , при наборе и перемещении призмы волочения с компенсацией потерь грунта подрезанием рассчитывают по формулам:

где: - объем призмы волочения, ; - полное время цикла, ; - время набора призмы волочения, ; - время перемещения призмы волочения, ; - время возвращения бульдозера в исходное положение; - время маневрирования, ; - коэффициент учета формы призмы волочения (табл. 2); - длина отвала, ; - высота отвала, ; - средняя глубина копания, ; - коэффициент разрыхления грунта при разработке; - коэффициент учета потерь грунта в боковые валики при копании и перемещении, для несвязных грунтов , для связных ; - фактическая скорость при копании; - расстояние перемещения призмы волочения; - фактическая скорость при перемещении; - скорость холостого хода.



Таблица 2. Значения коэффициента учета формы призмы волочения

Отношение высоты отвала к его длине	0,15	0,30	0,35	0,40	0,45
Связные грунты I и II категорий	0,70	0,80	0,85	0,90	0,95
Несвязные грунты	1,15	1,20	1,20	1,30	1,50

Тип грунта	Коэффициент разрыхления
Песок	1,11
Супесь	1,25
Глинистый грунт	1,43
Гравелистый грунт	1,18
Гравий	1,13
Слежавшийся гравий	1,42
Мягкий кусковой камень	1,65
Кусковой гранит или базальт	1,70
Разрушенная скала	1,75
Крупногабаритный камень	1,80

Сопротивления, преодолеваемые бульдозером при работе, рассчитывают по формулам:

где: - общее сопротивление, преодолеваемое бульдозером при работе, ; - сопротивление грунта резанию отвалом, ; - сопротивление движению срезанной стружки грунта вверх по отвалу, ; - сопротивление перемещению призмы волочения, ; - сопротивление трения отвала о грунт, ; - сопротивление движению машины, ; - удельное сопротивление грунта резанию, ; - длина отвала, ; - глубина копания, ; - объем призмы волочения, ; - объемная сила тяжести грунта, ; - коэффициент трения стали о грунт; - угол резания, ; - коэффициент трения грунта по грунту (для связных грунтов , для несвязных грунтов ); - сила тяжести рабочего оборудования, ; - расстояние по горизонтали от центра упряжного шарнира до центра тяжести рабочего оборудования, ; - расстояние по горизонтали от центра упряжного шарнира до режущей кромки, ; - сила тяжести трактора без бульдозерного оборудования, ; - коэффициент сопротивления движению (); - уклон местности, .

Удельное сопротивление грунта резанию бульдозерным отвалом , , при угле резания в зависимости от категории грунта имеет следующие значения:

категория грунта	I	II	III
сопротивление грунта резанию	70	110	170.



Список использованной литературы

1.. Белецкий Б. Ф. Строительные машины и оборудование. Справочное пособие. Ростов на Дону: феникс, 2002. - 592с.

2. Домбровский Н. Г., Гальперин М. И. Строительные машины (в 2-х ч.). Учеб. для студентов вузов, обучающихся по спец. «Строит. и дор. машины и обор. « - М. : Высш. шк., 1985.

3. Раннев А. В., Полосин М. Д. Устройство и эксплуатация дорожно-строительных машин. М. : ИРПО Издательский центр «Академия «, 2000. - 48с.

4. Шестопалов К. К. Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование. М. : Мастерство, 2002г. - 320с.

5. Шестопалов К. К. Машины для земляных работ: учеб. пособие. - М. : МАДИ, 2011г. - 145с.

Размещено на Allbest.ru

...