2.3.Автогрейдеры

Автогрейдер – это землеройно-транспортная машина на пневмоко-

лесном ходу с рабочим органом отвалом, предназначенный для послойной разработки грунтов I и II категорий по трудности разработки и планировки земляных поверхностей при строительстве и содержании автомобильных и железных дорог. Аналогичные прицепные машины, имеющие такую же общую конструктивную схему, называют грейдерами. Грейдеры как наи-

более простые в эксплуатации успешно применяются для профилирования и содержания лесных дорог. Для их передвижения используют гусеничные тракторы.

Автогрейдеры применяют при возведении насыпей высотой до 0,6 м,

отрывки и очистки кювет и канав треугольного и трапецеидального про-

филей, сооружений корыт дорожных оснований, перемешивании и разрав-

нивании грунта, щебеня, гравия и вяжущих материалов, а также для раз-

рушения дорожных покрытий при ремонте дорог, расчистки от снега дорог

иплощадей.

Взависимости от массы машины и мощности силовой установки ав-

тогрейдеры разделяют на легкие(массой до 9 т и мощностью до50 кВт),

средние (соответственно до 13 т и до 75 кВт), тяжелые (до 19 т и до 150

кВт) и особо тяжелые (более 19 т и более 150 кВт).

По конструктивному исполнению ходовых устройств они бывают двухосными и трехосными. Особенности конструкции ходового устройст-

ва отражаются колесной формулой типа A ´ B ´C , где А, В и С – число осей,

соответственно управляемых, ведущих и общие. Например, для трехосного автогрейдера с двумя ведущими задними осями и передней осью с управ-

ляемыми колесами колесная формула1´ 2 ´3 . Автогрейдеры с такой фор-

мулой получили наибольшее распространение в строительстве. По способу

41

управления рабочим органом различают автогрейдеры с механической

(обычно легкие автогрейдеры) и гидромеханической системами привода.

Рабочим органом автогрейдера является отвал. Он расположен в средней части машины между передними и задними колесами на поворот-

ном круге, установленном на тяговой раме. Последняя соединена в перед-

ней части универсальным шарниром с несущей(хребтовой) балкой , жест-

ко соединенной с рамой ведущих (задних) колес и опирающейся на ось пе-

редних колес. Тяговая рама с двумя гидроцилиндрами может быть уста-

новлена задней частью на любой высоте, а также перекошена в вертикаль-

ной плоскости. С помощью специального гидроцилиндра она может быть вынесена в любую сторону, в том числе за пределы колеи машины.

Кинематические возможности позволяют ориентировать отвал про-

извольно в плане и в вертикальной плоскости, включая вертикальные пе-

рекосы, выносить его в любую сторону от продольной оси движения авто-

грейдера. Кроме того, разовой установкой отвал можно выдвинуть в сто-

рону относительно тяговой рамы, а также изменить его угол резания. При необходимости отвал дооборудуют специальными приставками для одно-

временной планировки подошвы и откоса насыпи, бровки и откоса выем-

ки, профилирования придорожных канав и .т п. Для предварительной об-

работки плотных грунтов автогрейдер оснащают кирковщиком, бульдо-

зерным отвалом или другим вспомогательным оборудованием, устанавли-

ваемым в передней части машины и управляемым гидроцилиндрами.

Для придания автогрейдеру поперечной устойчивости, в частности,

при работе на косогорах, управляемые колеса делают наклоняющимися в вертикальной плоскости. Задние колеса устанавливают попарно с каждой стороны на балансирных балках, что в сочетании с шарнирным опиранием хребтовой рамы на переднюю ось обеспечивает опирание на поверхность передвижения всех колес машины независимо от микронеровностей рель-

42

ефа.

Достоинством автогрейдеров как машин для планировочных работ является расположение отвала в средней части машины, между передними и задними колесами. При наезде колесами на неровности в полосе движе-

ния высотные отклонения режущей кромки отвала будут существенно меньше, чем при консольном расположении бульдозерного отвала. Это по-

зволяет планировать земляные поверхности с меньшим числом повторных проходок, чем при работе бульдозера.

Рабочий процесс автогрейдера включает копание перемещение и ук-

ладку с разравниванием грунта в земляное сооружение. При разработке грунта отвал устанавливают режущей кромкой как параллельно егопо верхности, так и наклонно под углом10...15° с заглублением по ширине.

Угол резания составляет 35...45° соответственно при разработке тяжелых и легких грунтов. При зарезании ножа отвала в грунт одним концом угол между режущей кромкой отвала и продольной осью машины(угол захва-

та) принимают равным 35...50°; при отделочных планировочных работах –

45...90°; при копании с отводом грунта в сторону по отвалу – 60°.

В зависимости от размеров обрабатываемого участка, рельефа мест-

ности, наличия искусственных сооружений автогрейдеры движутся по круговым и челночным технологическим схемам. Так, в дорожном строи-

тельстве при длине обрабатываемого участка(захватки) 400...1500 м авто-

грейдеры движутся по круговым технологическим схемам, а при меньших длинах – челночным способом (в одном направлении – вперед, в обратном

– задним ходом). При этом в случае очень коротких захваток (около 150 м)

грунт разрабатывают движением автогрейдера вперед, после чего возвра-

щают машину на исходную позицию следующей проходки вхолостую зад-

ним ходом на повышенной скорости. При больших длинах захваток грунт разрабатывают автогрейдером при его движении как передним, так и зад-

43

ним ходом с разворотом отвала на 180° в плане на концах захватки.

Грейдозер – лесодорожная машина ЛД–30 предназначенная для рас-

чистки дорожной полосы от кустарника и растительного слоя; возведения насыпей на сухих участках местности по продольно-круговой и продоль-

но-челночной технологическим схемам или поперечным надвиганием грунта; рыхления плотных и при небольшой глубине промерзания(до 0,2

м) мерзлых грунтов; грейдирования грунтовых и гравийных дорог; плани-

ровки земляного полотна и других площадей; очистки автомобильных до-

рог от снега и других работ.

Рабочее оборудование, навешенное на тракторе –К703, состоит из отвала, толкающей рамы, стрелы, рукояти с опорным колесом и рыхлите-

ля.

Стрела и толкающая рама с отвалом универсального бульдозера и рыхлителем установлены шарнирно на задней полураме трактора. Тол-

кающая рама на двух гидроцилиндрах, которые служат для подъема и опускания отвала, подвешена на стреле.

К стреле посредством шарнира и двух гидроцилиндров присоедине-

на рукоять, на свободном конце которой установлено опорное колесо. Ру-

коять с колесом можно поворачивать относительно стрелы в вертикальной плоскости. В развернутом и зафиксированном положении стрела и рукоять образуют раму грейдера. Передний ее конец опирается на колесо, находя-

щееся в процессе работы перед отвалом. Стрела с рукоятью и опорным ко-

лесом может поворачиваться в горизонтальной плоскости на23° в обе сто-

роны от продольной оси машины. Это позволяет колесу при выполнении планировочных работ и разравнивании куч гравийно-песчаной смеси дви-

гаться сбоку от оси машины по ровной ранее спланированной поверхно-

сти.

Отвал соединен с толкающей рамой бульдозера посредством шар-

44

нирно-крестовой муфты, смещенной вправо относительно продольной оси машины, и трех гидроцилиндров. Один гидроцилиндр служит для измене-

ния угла установки отвала в плане, второй – для установки угла попереч-

ного перекоса отвала в обе стороны в пределах-18 ... 0 ... 28°, третьим гид-

роцилиндром изменяют угол резания.

Однозубый рыхлитель со сменными наконечниками и гидроцилин-

дром подъема и опускания зуба размещен на поперечной балке толкающей рамы. Машина работает в режиме автогрейдера, когда опорное колесо опущено на грунт, и в режиме бульдозера (отсюда название грейдозер), ес-

ли опорное колесо поднято и закреплено на стреле.

Тяговый расчет автогрейдера. При работе автогрейдера по выреза-

нию и одновременному перемещению грунта необходимая сила тяги -вы числяется по формуле

W = W1 +W2 +W3 +W4 +W5 ,

где W1 – сопротивление грунта резанию; W2 – сопротивление от перемеще-

ния грунта вверх по отвалу; W3 – сопротивление перемещению призмы во-

лочения; W4 – сопротивление от перемещения грунта вдоль отвала(в сто-

рону); W5 – сопротивление перемещению автогрейдера как тележки.

При зарезании вырезается стружка треугольного сечения, поэтому сопротивление резанию находится по формуле

W1 = k0 hmax l

2

где hmax – максимальная толщина стружки; l – длина заглубленной в грунт части ножа, м.

Удельное сопротивление грунта резанию здесь может быть принято k0 = (150…200) кН/м2.

При планировочных работах

W1 = k0 Lh ,

45

где h – глубина резания, м; L – длина отвала. м; k0 = 100...200 кН/м2.

Необходимо, чтобы сила тяги на ведущих колесах превышала общее сопротивление (Tт ³ W ). Для реализации этого тягового усилия должно со-

блюдаться неравенство Tт £ jсц ×Gсц .

Производительность автогрейдера выражается в объеме вырезанного и перемещенного грунта за единицу времени, или в метрах отпрофилиро-

ванной дороги, или в квадратных метрах спланированной площади, если автогрейдер используется на профилированных работах.

Часовая производительность по объему(м3/ч) вырезанного грунта может быть выражена зависимостью

П = 3600 ×Vkв ,

t

где: V – объем призмы грунта, вырезанной и перемещенной отвалом за один проход, м3; kв – коэффициент использования времени, kв = 0,8...0,9; t –

время рабочего цикла, с.

Объем призмы грунта может быть рассчитан по сечению вырезаемой стружки и длине обрабатываемого участка. Время рабочего цикла опреде-

ляется по формуле

t = t1 + t2 + t3 + t4 ,

где: t1 – время прохода по участку, которое определяется по его длине и скорости движения машины, с; t2 и t3 – время подъема и опускания отвала,

с; t4 – продолжительность поворота автогрейдера в конце участка, включая время, затрачиваемое на переключение скоростей, с.

Автогрейдер может работать так называемым челночным способом,

т. е. без поворотов машины. При таком способе работы машина в обратном направлении движется задним ходом, а отвал поворачивается на180°. Та-

кая работа машины выгодна на коротких участках, где велико относитель-

ное значение времени, затрачиваемого на поворот.

46

Производительность (км/ч) отпрофилированной дороги

П = Lkв ,

t

где: L– длина участка, км; t – время, используемое на его профилирование,

ч,

t= Ln + t4 ×(n -1) ,

vср

где: n – число проходов необходимое для профилирования дороги, n = 12...16; vср – средняя скорость движения автогрейдеров.

При проходах, где производится резание грунта, обычно vcp = 0,8...1,5 м/c, а при проходах, на которых осуществляется перемещение грунта, vcp = 1,6...2,5 м/с, поэтому vcp – 1,0...1,8 м/с. Скорости заднего хода обычно находятся в пределах 1,8...4,0 м/с, а передние транспортные скоро-

сти равны 7,0...15 м/с.

Повысить производительность автогрейдеров можно путем сокра-

щения времени рабочего цикла и увеличения объема вырезаемого грунта.

Сокращение времени цикла связано с повышением скорости движения машины, а увеличить объем грунта можно за счет увеличения сечения стружки. Оба метода ведут к повышению требуемой мощности двигателя,

а следовательно, и к увеличению необходимого сцепного и общего веса машины.

2.3.1. Пример 5. Разравнивание грунта автогрейдером ДЗ–98.

Автогрейдер предназначен для профилирования и планировки земляного полотна дороги, устройства корыта для дорожных одежд, устройство кю-

ветов, возведение насыпей и дамб высотой0,7 м, планировка откосов на-

сыпей и выемок, перемещение и разравнивание гравия и щебня по полотну дороги.

47

Рис. 2.4. Параметры рабочего органа: δ – угол резания; r – радиус кривизны отвала; b – высота отвала; ψ – угол опрокидывания; ω – угол наклона в вертикальной плоскости; l – длина отвала.

48

Рис. 2.5. Технологическая схема работы автогрейдера.

49