2.1.Бульдозер

Бульдозер – самоходная гусеничная или колесная машина с регули-

руемым фронтально расположенным отвалом, которая вырезает стружку грунта (материала), формирует призму волочения, транспортирует и рас-

пределяет грунты (материал) при движении вперед.

Бульдозеры относятся к группе землеройно-транспортных и плани-

ровочных машин и предназначены для разработки и перемещения грунтов и дорожно-строительных материалов при рытье котлованов, устройстве дорожных оснований, засыпке траншей и пазух, возведении земляного по-

лотна лесных дорог, ремонте и содержании лесовозных дорог.

Основное назначение бульдозера– послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (до 150 м). Бульдозеры применяют для снятия пло-

дородного поверхностного слоя грунта при подготовке строительных пло-

щадок; перемещения грунта в зону действия одноковшового экскаватора при погрузке его в транспортное средство или отвал; разработки неглубо-

ких каналов с транспортированием грунта в отвалы; зачистки пологих от-

косов; сооружения насыпей из резервов и разработки выемок; планировоч-

ных работ при зачистке оснований под фундаменты зданий и сооружений и планировке площадей и трасс; работ по устройству и поддержанию в ис-

правности подъездных дорог, устройств въездов на насыпи и выездов из выемок; разработки грунта на косогорах; работ по обратной засыпке тран-

шей и пазух фундаментов, разравнивания грунта в отвалах; штабелирова-

ния и перемещения сыпучих материалов; подготовительных работ для вал-

ки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевки пней, удаления кам-

ней, расчистки поверхностей от мусора, снега; вскрышных работ. Их также используют в качестве толкачей скреперов и при погрузке в автосамосвалы песка и гравия в карьерах с помощью специальных эстакад. Эффектив-

19

ность работы бульдозера в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово–сцепных свойств.

Основное конструктивное отличие бульдозера от других дорожно-

строительных машин заключается в наличии отвала, с помощью которого разрабатывается грунт, а после образования призмы перемещается воло-

ком к месту отсыпки или планирования. При установке на бульдозер с тыльной части базового трактора рыхлительного оборудования получают бульдозер-рыхлитель.

Бульдозеры классифицируют по назначению, типу ходового устрой-

ства, конструкции рабочего оборудования, тяговому классу базового трак-

тора.

В зависимости от назначения различают бульдозеры общестроитель-

ные и специальные. Общестроительные бульдозеры применяют на сосре-

доточенных и линейных земляных работах для разработки, срезания и пе-

ремещения грунтов. Специальные бульдозеры предназначены для выпол-

нения уникальных земляных работ, например, при прокладке дорог в тон-

нелях или подводные работы.

По типу ходового устройства бульдозеры бывают гусеничные и пневмоколесные. Гусеничные бульдозеры получили широкое применение благодаря высокой проходимости в различных грунтовых условиях. Пнев-

моколесные бульдозеры реализуют свои мобильные качества при частых перебазировках, выполняя малообъемные земляные работы на строитель-

ных площадках с прочным основанием.

По конструкции рабочего оборудования различают бульдозеры с не-

поворотным отвалом, поворотным отвалом в плане, бульдозеры-

погрузчики, бульдозеры-рыхлители. Бульдозерный неповоротный отвал установлен перпендикулярно продольной оси симметрии базового тракто-

ра неподвижно или с небольшим угловым качанием в поперечной плоско-

20

сти. Поворотный отвал можно поворачивать на определенный угол в обе стороны от основного положения. У бульдозеров-погрузчиков на подъем-

ной стреле шарнирно установлен отвал; при технологической необходимо-

сти вместо отвала может быть закреплен погрузочный ковш или другое дополнительное рабочее оборудование. Рыхлитель с одним или несколь-

кими зубьями навешивается с тыльной стороны базового трактора, обору-

дованного спереди бульдозером.

Бульдозерам всех исполнений присваивается индекс, состоящий из букв ДЗ (дорожная машина землеройная) и двух-трех цифр, которые обо-

значают порядковый номер заводской модели.

Бульдозеру характеризуются следующими параметрами: тяговый класс, мощность двигателя базового трактора, масса машины, скорость движения, удельное давление на грунт, габаритные размеры. Для бульдо-

зера-погрузчика к основные характеристикам добавляются углы запроки-

дывания и разгрузки ковша, а также высота выгрузки материала. Основ-

ными параметрами рыхлителя являются количество рыхлительных зубьев,

заглубление в грунт зуба, напорное и вертикальное усилия на наконечнике зуба.

Тяговый класс базового трактора– основной параметр бульдозеров,

бульдозеров-рыхлителей и бульдозеров-погрузчиков. Он характеризует напорное усилие или силу тяги, развиваемую при минимальной скорости рабочего хода и минимальном буксовании гусениц или колес. По тяговому усилию бульдозеры разделяют на следующие классы: 4; 6; 10; 25; 35 при мощности двигателей соответственно 55, 96, 129, 243...272, 250...342 кВт.

Бульдозеры-рыхлители выпускают на гусеничных тракторах и разделяют на следующие классы: 10, 25 и 35 при мощности двигателей соответствен-

но от 129 до 342 кВт.

Бульдозерные отвалы как вспомогательное рабочее оборудование

21

устанавливают на пневмоколесные экскаваторы, автогрейдеры и другие машины для очистных и планировочных работ.

Отвал на толкающих брусьях имеет боковые стенки с режущей кромкой, установленной перпендикулярно продольной оси машины. На-

клон отвала в вертикальной плоскости регулируют раскосами путем изме-

нения их длины либо положения места их крепления к отвалу илитол кающим брусьям. Управляют отвалом при его переводе из транспортного положения в рабочее и наоборот одним(малогабаритные бульдозеры) или двумя гидроцилиндрами. Бульдозер с таким отвалом, называемым непово-

ротным, используют, в основном, на послойной разработке грунтов. У не-

которых моделей бульдозеров предусмотрена регулировка наклона отвала в вертикальной плоскости (перекос) гидроцилиндром, изменением длины одного раскоса или места его крепления.

Рабочий цикл бульдозера с неповоротным в плане отвалом состоит из операций копания грунта (его отделения от массива и накопления перед отвалом – образования призмы волочения), транспортирования волоком перед отвалом к месту укладки, разгрузки отвала и возвращения машины на исходную позицию следующего рабочего цикла.

При копании бульдозер перемещается на рабочей скорости, обычно соответствующей первой передаче, чтобы увеличить тяговое усилие. Для сокращения продолжительности копания желательно предельно умень-

шить расстояние копания, для чего грунт следует разрабатывать с возмож-

но большей толщиной стружки, которая в слабых грунтах обычно ограни-

чена ходом поршня гидроцилиндра заглубления отвала, а в прочных грун-

тах – буксованием движителя. Желательно иметь постоянную толщину стружки на всем пути копания, что обычно возможно только при разработ-

ке слабых грунтов. С повышением прочности грунта тяговая способность бульдозера может быть исчерпана в середине пути копания, а может быть

22

недостаточной уже в начале копания. По мере накопления грунта перед отвалом растут сопротивления формированию призмы волочения и ее пе-

редвижению волоком по ненарушенному грунту, поэтому грунт разраба-

тывают клиновым или гребенчатым способами.

При разработке весьма плотных грунтов, например, уплотненных транспортом или другими способами, внедрение ножа отвала в грунт прак-

тически невозможно. В этих случаях применяют отвалы с выступающим средним ножом, которым грунт предварительно разрыхляют. В таких ус-

ловиях весьма эффективно применение специальных сменных отвалов или рыхлителя навешенного в задней части базового трактора. Отвал оборудо-

ван одним передним и двумя задними зубьями. При движении машины задним ходом задние зубья прорезают в грунте прорези, а при последую-

щем движении передним ходом грунт дополнительно разрыхляют перед-

ним зубом и захватывают отвалом. Для взламывания асфальтовых покры-

тий при ремонте дорог применяют отвалы, оборудованные в передней час-

ти киркой. Мерзлые грунты разрабатывают отвалами с гребенчатыми но-

жами или с установленными на ножах зубьями.

По завершении операции копания отвал устанавливают ножами на уровень поверхности земли, и в таком положении перемещают бульдозер передним ходом на возможно большей скорости к месту отсыпки грунта.

Во время транспортирования часть грунта теряется осыпаясь по сторонам отвала. Доля потерь зависит от вида грунта(наибольшие потери у несвяз-

ных, например, песчаных грунтов) и от дальности транспортирования. По-

тери грунта при транспортировании приводят к значительному снижению производительности бульдозера. На большие расстояния грунт перемеща-

ют с устройством промежуточных валиков, траншейным способом или с применением нескольких бульдозеров. При транспортировании грунта траншейным способом на всех рабочих циклах бульдозер перемещают по

23

одной и той же трассе. Ссыпающийся по бокам отвала грунт образует ва-

лики, которые уменьшают потери грунта при последующих проходах бульдозера. Лучший эффект достигается при незначительном заглублении отвала в грунт вдоль трассы транспортирования и образовании таким обра-

зом неглубокой траншеи.

При разработке слабых грунтов производительность бульдозеров можно увеличить за счет использования лобовых щитков, закрепляемых в верхней части отвала, уширителей и открылков на его боковых стенках.

Производительность можно повысить за счет правильного выбора трассы транспортирования грунта, отдавая предпочтение движению под уклон. При перемещении под уклон10...12° можно повысить выработку бульдозера по сравнению с движением по горизонтальной поверхности на

30...40%, а при движении на подъем под углом 10° снижается почти вдвое.

Бульдозер с поворотным в плане отвалом. Отвал соединен с рамой в ее центральной части универсальным шарниром, который позволяет пово-

рачивать отвал в плане в каждую сторону на угол30...36° гидроцилиндра-

ми с последующим закреплением толкателей на раме. Наклон отвала в вертикальной плоскости, и его перекос осуществляются так же как при не-

поворотном отвале. Для одновременной планировки откосов и их подошвы отвал дополнительно оборудуют наклонной наставкой, жестко или шар-

нирно соединенной с основным отвалом. В последнем случае наклон на-

ставки регулируют специально установленным гидроцилиндром. Наставка соответствующего профиля предназначена для очистки и планировки -ка нав. Для перемещения грунта от стен зданий применяют отвальную при-

ставку, двигаясь при этом задним ходом. Эффективность работы бульдозе-

ра по расчистке поверхностей от кустарника и мелких деревьев сущест-

венно повышается за счет установки в средней части отвала кусторезного ножа.

24

Поворотные отвалы, применяемые как вспомогательное рабочее оборудование на машинах другого назначения, обычно устанавливают с постоянным углом захвата(углом наклона режущей кромки к направле-

нию движения машины), жестко закрепляя их на подъемной раме. Бульдо-

зеры с поворотным отвалом, выполняющие планировочные работы, а так-

же очистку поверхностей от растительного слоя, снега, работают в непре-

рывном режиме. Отделенный от массива грунт (или другие материалы) пе-

ремещаются по отвалу вверх и в сторону его наклона в плане по винтовым траекториям. При этом призма волочения, увлекаемая потоками грунта,

непрерывно перемещается в сторону наклона отвала за его край и уклады-

вается в виде валика параллельно направлению движения машины. Такое взаимодействие рабочего органа с грунтом, которое приводит к сдвигу грунта вдоль режущей кромки, называют косым резанием. При косом ре-

зании возникают дополнительные сопротивления перемещению грунта вдоль отвала.

Бульдозеры также используют на грузоподъемных работах, для чего их отвалы оборудуют грузовыми вилами или траверсами.

Необходимая для работы бульдозера сила тяги расходуется на пре-

одоление сопротивлений грунта резаниюW1; его перемещению вверх по отвалу W2 и перед отваломW3. Для бульдозера с поворотным отвалом не-

обходимо учесть также сопротивления, возникающее от перемещения грунта вдоль отвала (в сторону) W4.

Эти сопротивления могут быть найдены по приведенным расчетным формулам. При расчете сопротивления резаниюW1 толщину стружки можно принимать равной 8...12 см.

Удельные сопротивление грунта лобовому резанию(Н/см2) зависят от категории грунта (табл. 2.1).

Таблица 2.1

25

Удельные сопротивления грунта лобовому резанию

Кроме этих сопротивлений возникает еще сопротивление от переме-

щения бульдозера как тележки, которое рассчитывают по формуле

W5 = G ×(μ + i) .

Общее сопротивление в конце процесса зарезания неповоротного бульдозера определяется по формуле

W = W1 +W2 +W3 +W5 .

Максимальное сопротивление, возникающее при работе поворотного бульдозера, составит

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

Техническую производительность бульдозеров на послойной разра-

ботке грунтов определяют в зависимости от вида земляного сооружения.

При разработке выемок она равна объему грунта, вынутого из выемки за 1

ч непрерывной работы, приведенному к плотному состоянию:

Птв = 3600 Vпр ,

tцkр

где Vпр – объем призмы волочения в конце копания в разрыхленном - со стоянии, м3; tц – продолжительность цикла, с; kр – коэффициент разрыхле-

ния грунта.

Объем призмы волочения является функцией шириныВ и высоты Н отвала:

Vпр = BH 2 kпр ,

2

где kпр – коэффициент пропорциональности, зависящий от крутизны откоса в призме волочения и от отношения Н/В. При Н/В= 0,15...0,45 он изменяет-

26

ся в пределах 1,3...1,2 для связных грунтов (глины, суглинки) и 1,1...0,9 для несвязных (пески, супеси). Продолжительность рабочего цикла(с) при движении бульдозера передним ходом с разворотами на концах участка передвижения

а при возвратном движении задним ходом

где lк и lтр – длины участков копания и транспортировки (не совмещенной с копанием), м; vр, vтр, vпхх и vзхх – скорости рабочего, транспортного, воз-

вратного вперед и возвратного задним ходов, км/ч; tп и tу – время, затрачи-

ваемое на повороты и управление машиной в течение рабочего цикла, с.

Все скорости определяют расчетом из условий полного использова-

ния тягово-сцепных свойств базового трактора и с учетом буксования

(особенно в режиме копания), уменьшая рабочие скорости на20...30%

против расчетных. На основании расчета определяют также продолжи-

тельность поворота бульдозера, а затраты времени на управление машиной принимают равными 4...6 с.

Если работы по копанию и транспортированию грунта полностью совмещены, как, например, при планировочных работах, то последняя за-

висимость преобразуется к виду

При возведении насыпей техническую производительность вычис-

ляют по объему отсыпанного грунта, приведенного к плотному состоянию,

с учетом потерь при его транспортировании через края отвала в боковые валики, которые составляют 3...6 % от текущего объема призмы волоче-

27

ния:

Птн = Птвkп ,

где kп – коэффициент потерь грунта.

2.1.1. Пример 3. Возведение земляного полотна бульдозером ДЗ–19

Назначение: послойная разработка грунта с последующим его пере-

мещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния

(до 150 м).

28

Рис.2.1. Технологическая схема работы бульдозера.

29