Средняя производительность бульдозера м3 в час. Производительность бульдозеров и пути ее повышения

В зависимости от вида работ, для выполнения которых планируется выполнить бульдозером (см. например ), производительность машины выражается по-разному . При разрабатывании грунта производительность считается в объеме, а при планировке земляной поверхности в площади.

На величину производительности оказывают влияние следующие факторы :

• Физические показатели разрабатываемого грунта:
  • гранулометрическое наполнение
  • плотность,
  • пористость,
  • предел пластичности,
  • набухаемость;
• Механические показатели: прочность, сжимаемость, просадочность, модуль упругости, характер структурных связей грунта;
• Путь перемещения земли;
• Рельеф строительной площадки;
• Геометрические составляющие и тип отвала (посмотрите характеристики ).

От характеристик грунта зависит и то, сколько его поместится в кузов самосвала. Об этом читайте

Формула для вычисления при переработке одного объема грунта за единицу времени (м3/час)

Расчет при разработке грунта

При работах по разработке грунта и его транспортировке на расстояние бульдозер выполняет повторяющийся цикл действий . В этом случае производительность машины выражается формулой :

П=(q*n*Kn*Ki*Kb)/Kp ,

в которой составляющими являются:

• Р – производительность, м3/час;
• q– объем грунта, который перемещается лопатой и определяется числовыми размерами отвала и факторов, влияющих на перемещение;
• n – число повторяющихся кругов в единицу времени в соотношении с расстоянием транспортирования;
• Кn – коэффициент, учитывающий потери объемов в боковые валики, зависит от расстояния перемещения и типа грунта;
• Кi– коэффициент, характеризующий величину уклона пути движения машины;
• Кв – коэффициент, показывающийстепень изначального разрыхления почвы;
• Кр –коэффициент, определяющий рациональное использование трудового времени.
• Количество циклов работы трактора за единицу времени (час):
• n= 3600/tц

Продолжительность цикла :

• tц=tн+tг.х.+tхх+2*tп+m*tп.п.+tо=lн/kv*vн+lг.х./ kv*vг.х.+(lн+lг.х.)/(kv*vх.х.)+2*tп+m*tп.п.+t0
• где t – продолжительности:
• tн – сбора грунта, с;
• tг.х. – груженого прохода, с;
• tх.х. – холостого хода, с;
• tп. – одного поворотного действия (10-20 секунд);
• tп.п. – одного перевода передачи скорости (5-6 секунд);
• t0 – опускания лопаты в начальное положение (2 секунды).
• m – количество изменений скоростей бульдозера за время одного хода;
• lн – путь снимания грунта, м;
• lг.х. –длина расстояния движения к месту скопления, м;
• vн, vг.х, vx.x– скорости передвижения трактора при резании, движении грунта и возвратного хода, м/с;
• kv – коэффициент, учитывающий уровень уменьшения скорости трактора по сравнению с расчетной: 0,7-0,75 при перемещении груза, 0,85-0,90 при возвратном холостом ходе;

Коэффициент утраченных объемов грунта в валунах зависит только от величины дальности перемещения грунта и выражается следующей зависимостью:

Kn=1-Ki*lг.х.

• К1 –коэффициент, полученный лабораторным методом, величина которого изменяется в пределах 0,008…0,04, в зависимости от сухого или связного состояния грунта;
• Lг.х. – длина, на которую перемещается грунт, м.

При необходимости перемещения грунта на расстояние свыше 30 м, использование бульдозеров считается нерациональным из-за больших потерь грунта во время движения. Перевозить грузы в таком случае можно самосвалами, например на любом из модельного ряда

Объем грунта, который способен переместить бульдозер на определенное расстояние, зависит от величины уклона места производства работ. Так на спусках с холма объем перемещенного грунта будет значительно больше, а значит и производительность машины увеличивается.

Выбрать можно либо электрический снегоуборник, либо бензиновый. Чтобы внести ясность, ознакомьтесь со статье о .

Если же у вас есть бензопила, и вы не хотите тратить деньги на снегоуборщик, то можно сделать его своими руками. Узнайте, как именно в .

Пример расчета эксплуатационной производительности бульдозера и мощности

Исходные данные :

1. Марка бульдозера – ДЗ -28 ;
2. Тип почвы – суглинок;
3. Расстояние срезания грунта – 10 м;
4. Расстояние перемещения – 20 м.

Шаг 1. Определяем длительность одного цикла :

Для удобства заменим буквенные значения показателей на цифровые.

Т=t1+t2+t3+t4

• t1 –продолжительность набора грунта, с;
• t1=l1/v1=3,6*10/3,2=11,25 с.
• l1 – расстояние резания грунта, l1=10 м (по условию);
• v1 –скорость передвижения трактора на пониженной передаче, v1=3,2 км/ч.
• t2 – продолжительность груженого хода бульдозера, с;
• t2=l2/v2=3,6*20/3,8=18,9 с.
• 3,6 –коэффициент перевода единиц измерения скоростей (км/ч в м/с);
• l2 – расстояние перемещения грунта, l2=20 м (по условию);
• v2 –скорость передвижения бульдозера с учетом понижающего коэффициента для груженого трактора, v2=3,8 км/ч.
• t3 – продолжительность холостого хода бульдозера, с;
• t3=(l1+l2)/v3=3,6*(10+20)/5,2=20,8 с.
• v3 –скорость передвижения бульдозера при обратном ходе с учетом понижающего коэффициента пустого трактора, v3=5,2 км/ч.
• t4 – продолжительность времени, дополнительно затраченного на поднимание и опускание отвала, переключение скоростей движения и разворота бульдозера в обратную сторону.

Для данного типа бульдозера и, исходя из условия задания t4=25 с.

Продолжительность одного цикла составляет:

Т=t1+t2+t3+t4=11,25+18,9+20,8+25=76 с .

Шаг 2. Определяем машинную производительность бульдозера :

Производительность тягача вычисляется по формуле:

Пт=q пр*n*kн:kр,

• qпр- объём перемещаемого грунта, м3;
• qпр=L*H2:2*а=3,93*0,816^2/2*0,7=1,92 м3
• L – длина лопаты бульдозера, L = 3,93 м,
  H – длина отвала лопаты, H=0,816 м,
  а = 0,7 – коэффициент, определяющий соотношение высоты и длины,
  n – число циклов за единицу времени работы (1 час):
• п = 3600/Т=3600: 76=47,4
• kн=1,1 – коэффициент, зависящий от объема наполнения призмы отвала грунтом,
  kр=1,3 – коэффициент, показывающий степень разрыхления грунта,

Пт=qпр*п *kн/kр=1,9*47,4*1,1: 1,3=76,2 м3/ч

Эксплуатационная производительность трактора определяется как соотношение:

П= Пт*kв= 76,2* 0,8=60,96 м3/ч Производительность бульдозера

Исходя из представленных формул, очевидно, что производительность бульдозера повышается, если в начальный момент работы отвал заглублен на максимально возможную глубину, а по мере того, как будет накапливаться грунт, глубина уменьшается.

Перед началом работы плотный грунт разрыхляется специальными зубьями , расположенными на задней части бульдозера. Это позволяет увеличить производительность до 30 процентов.

Распиловка грунта выполняется на пониженной передаче под уклон.
Для уменьшения потерь грунта при транспортировке, перемещать его следует на пониженной скорости.
Для сокращения потерь объема перемещаемого грунта, двигают его по одному и тому же следу.

При перемещении грунта на большие расстояния, весь объем делится на порции .
Выбор эффективного способа разгрузки грунта с отвала: в кучу, слоями или сталкиванием в котлован.

Обратный ход бульдозера к месту набора грунта осуществляется на максимально возможной при данных условиях работы скорости.

Производительность является важнейшей технической характеристикой и определяющим показателем эффективности работы такой строительной машины, как бульдозер (см. ). Величина производительности для машин с цикличным принципом работы зависит прежде всего от длительности цикла.

Ознакомьтесь с самых больших и мощных бульдозеров.

П Т = 3600 V пр К У К С / Т Ц, (2.21)

Где V ПР – геометрический объем призмы волочения грунта (в плотном теле), м 3 ;

V ПР = 0,5 L H 2 / ctg φ o K p , (2.22)

Где L, H – соответственно длина и высота отвала; φ о – угол естественного откоса при перемещении материала (среднее значение φ о = 30°; ctg φ o = 1,73); К Р – коэффициент разрыхления грунта (для грунта 1-й группы равен 1,1; 2-й группы – 1,2; 3-й группы – 1,3); К У – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности (табл. 2.22); К С – коэффициент сохранения грунта при его транспортировке:

К С = 1 – 0,005 S в, (2.23)

где S в – дальность перемещения (возки) грунта, м; Т Ц – продолжительность цикла, с:

Т Ц = S p / v p + S B / v B + S 0 / v o + Σ t, (2.24)

где S P , S B , S O – длина соответственно пути резания, возки грунта и обратного хода, м; S O = S P + S B ; v P , v B , v O – скорость трактора при резании, перемещении грунта и обратном ходе, м/с, (табл. 2.23); Σt – время на переключение передачи, опускание отвала, остановки в начале и конце рабочего хода и др. вспомогательные операции (в среднем Σ t = 15…20 с).

Длина пути резания грунта

S p = V пр / L h c (2.25)

где V ПР – объем призмы волочения грунта, м 3 ; L – длина отвала бульдозера, м; h С – толщина срезаемого слоя грунта, м, (табл. 2.23).

Таблица 2.22

Влияние уклона местности на производительность бульдозера

Таблица 2.23

Основные технологические параметры работы бульдозера

Среднечасовая эксплуатационная производительность бульдозераравна:

П Э = П Т К В, (2.26)

где К В – коэффициент использования машины по времени в течение смены: К В = 0,8 – при мощности бульдозера до 200 кВт; К В = 0,75 – при мощности свыше 200 кВт.

2.5.2. Бульдозеры-рыхлители

В целях совмещения в бульдозере землеройно-транспортной и рыхлительной машины, что расширяет область ее применения в различных грунтовых и погодно-климатических условиях, на задний мост базового гусеничного трактора навешивают рыхлительное оборудование (рис. 2.10).

Рыхлительное оборудование состоит из навесного устройства в виде рамы 1, системы тяг 2, рабочей балки 4, обеспечивающих ориентированную подвижность и фиксированные положения рабочих органов – зуба с наконечником 7 (или нескольких зубьев) в пространстве с использованием гидроцилиндров 3. Навесное оборудование монтируют на базовом тракторе посредством опорных элементов: рам, балок, кронштейнов, жестко закрепленных на корпусе заднего моста.

Рис. 2.10. Бульдозер-рыхлитель

1 – рама; 2 – тяга; 3 – гидроцилиндры; 4 – балки; 5 – буфер;

6 – флюгерное устройство; 7 – зуб с наконечником

Конструктивные и классификационные отличия современных рыхлителей обусловлены тяговым классом и ходовым устройством базового трактора, назначением рыхлителя, видом его навесного устройства, способом установки, числом зубьев и их креплением (табл. 2.24).

Таблица 2.24

Классификация рыхлителей

Главным классификационным параметром рыхлителя, определяющим типоразмер, является тяговый класс базового трактора. Техническая характеристика бульдозеров-рыхлителей приведена в табл. 2.25.

Таблица 2.25

Техническая характеристика бульдозеров-рыхлителей

Число зубьев рыхлителей принимают один, три или пять в зависимости от назначения и типоразмера машины. На тракторах мощностью до 100 кВт используют три – пять зубьев рыхлителя для вспомогательных работ при разрушении плотных немерзлых грунтов. При разработке мерзлых и разборно-скальных грунтов на тракторах мощностью свыше 100 кВт устанавливают один – три зуба.

Рабочий цикл рыхлителя состоит из следующих операций: опускание зубьев рыхлителя и их заглубление в грунт, рыхление грунта, выглубление зубьев рыхлителя, возвращение машины в исходное положение холостым ходом. Объем разработанного грунта зависит от глубины рыхления, числа зубьев и расстояния между ними.

Техническая производительность бульдозера-рыхлителя , м 3 /ч, при рыхлении грунта определяется по формуле

П Т = 3600 Q / Т Ц, (2.27)

Где Q – объем грунта, разрыхленного за цикл, м 3 ; Т Ц – продолжительность цикла, с:

Q = B h CP s, (2.28)

Где В – средняя ширина полосы рыхления, зависящая от числа, шага и толщины зубьев, угла развала (15…60°) и коэффициента перекрытия (0,75…0,8) резов, м; h ср – средняя глубина рыхления в данных грунтовых условиях, м; s – длина пути рыхления, м.

При челночной схеме работы рыхлителя

Т Ц = s / v p + s / v x + t c + t o , (2.29)

Где v p , v x – скорости движения машины соответственно при рыхлении и холостом ходе, м/с; t c = 5 c – среднее время на переключение передач; t o = 2…5 c – среднее время на опускание рыхлителя.

При круговой схеме работы рыхлителя к времени цикла добавляется продолжительность разворотов машины в конце участка (два разворота) и исключается время холостого хода.

2.5.3. Контрольные вопросы к разделу 2.5

1. Для чего предназначены бульдозеры? Какие виды работ они могут выполнять? Приведите классификацию бульдозеров.

2. Из каких частей и сборочных единиц состоит бульдозер?

3. Назовите типы и охарактеризуйте принципы действия рабочего оборудования бульдозера.

4. Как устроен и как работает бульдозер с неповоротным и поворотным в плане отвалом?

5. Какими сменными рабочими органами оборудуют бульдозеры? Каково их назначение?

6. Какими способами разрабатывают грунт бульдозером? При каких условиях челночная схема работы бульдозера производительней работы с разворотами на концах захватки?

7. Как определяют техническую производительность бульдозера при разработке грунта в выемках и резервах?

8. Какими мерами снижают потери грунта при его перемещении бульдозером? Какие другие приемы используют для повышения производительности бульдозера?

9. Какие задачи решаются благодаря использованию автоматических систем управления работой бульдозера? Какими типовыми системами автоматического управления оснащаются отечественные бульдозеры?

10. Как устроен рыхлитель? Для чего предназначены бульдозеры-рыхлители?

11. Перечислите состав рабочих операций бульдозера-рыхлителя и способы их выполнения.

12. Как определяют техническую производительность бульдозера-рыхлителя при послойном рыхлении грунта? Какие технологические схемы используются при работе рыхлителя?

2.6. Автогрейдеры

2.6.1. Общая характеристика автогрейдеров

Автогрейдер – самоходная землеройно-транспортная машина с ножевым рабочим органом для профилировочных и точных планировочных земляных работ (рис. 2.11). Рабочим органом автогрейдера является грейдерный отвал с ножами, укрепленный на поворотном круге под тяговой рамой в средней части машины между передними и задними колесами. При движении автогрейдера ножи срезают грунт, и отвал, установленный под углом к продольной оси машины, сдвигает его в сторону.

Рис.2.11. Автогрейдер с кирковщиком

1 – кирковщик; 2 – гидроцилиндр кирковщика; 3 – отвал; 4 – рама;

5 – гидроцилиндр отвала; 6 – колеса; 7 – кабина; 8 – карданный вал;

Подвеска отвала в большинстве случаев допускает его вращение вокруг трех ортогональных осей и поступательное перемещение вдоль собственной продольной оси. Таким образом, отвал может поворачиваться в горизонтальной плоскости на 360° в любом направлении, становиться вертикально справа и слева от машины, выдвигаться вправо и влево более чем на треть своей длины и поворачиваться вокруг своей режущей кромки. При необходимости отвал дооборудуют специальными приставками, например для одновременной планировки подошвы и откоса насыпи, верха и откоса выемки и т.д.

Грейдерный отвал – основной, но не единственный рабочий орган машины. Как правило, автогрейдер оборудуется ещё одним постоянным рабочим органом: бульдозерным отвалом, устанавливаемым перед машиной; кирковщиком, размещаемым перед передними колесами (рис. 2.11), сразу за ними или за грейдерным отвалом; рыхлителем, располагаемым в задней части машины. Дополнительный рабочий орган предназначен для выполнения вспомогательных рабочих операций и обеспечивает бесперебойное использование основного рабочего органа.

Автогрейдеры имеют общую компоновочную схему, при которой двигатель и кабина расположены в задней части машины, а отвал с механизмом выноса – в средине колесной базы. По конструктивному исполнению ходовых устройств они бывают двухосными (рис. 2.11) и трехосными (рис. 2.12). Особенности конструкции ходового устройства отражаются колесной формулой , которая записывается как АхБхВ, где А, Б и В – число осей, соответственно управляемых, ведущих и общее. Например, трехосная машина с двумя ведущими (задними) осями и передней осью с управляемыми колесами имеет формулу 1х2х3. Автогрейдеры этой формулы получили наибольшее распространение в строительстве.

Автогрейдеры классифицируют по следующим основным признакам: по классу, мощности двигателя, конструкции рабочего органа, колесной формуле, типу трансмиссии (табл. 2.26).

Таблица 2.26

Схема классификации автогрейдеров

Для обозначения автогрейдеров, как и других землеройно-транспортных машин, принят буквенный индекс – ДЗ. Цифровая часть индекса соответствует номеру, который присваивается при регистрации новой машины (например, ДЗ-98). При модернизации машины прибавляют букву в алфавитном порядке (например, ДЗ-98В.1). Порядковая цифра (.1) означает модификацию машины). После 1991 г. некоторые заводы используют другие системы индексации (табл. 2.27).

Практически все современные автогрейдеры оборудуются системами автоматического управления, основной функцией которых является сохранение заданной ориентации грейдерного отвала в пространстве. В зависимости от модификации машины используются системы «Профиль – 10», «Профиль – 20» и «Профиль – 30». САУ «Профиль –10» предназначена для автоматического обеспечения заданного углового положения отвала автогрейдера с гидравлическим управлением в поперечной плоскости независимо от поперечного профиля земляного полотна и применяется при окончательной отделке (планировке) поверхностей. САУ «Профиль – 20» включает в себя два канала управления: стабилизации углового положения отвала в поперечном направлении и высотного положения отвала относительно жесткой направляющей (копира).

Аппаратура второго поколения (базовый комплект «Профиль – 30» ) включает в себя САУ «Профиль – 20», дополнительно оборудованную подсистемой стабилизации заданного курса движения автогрейдера. Основные элементы САУ «Профиль – 30» показаны на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Основные элементы САУ "Профиль-30"

1 – бортовой аккумулятор; 2 – пульт управления; 3 – гидрозолотники;

4 – датчик угла (ДКБ); 5 – датчик курса;

6 – датчик высотного положения отвала (ДЩБ); 7 – копирная проволока

В рассматриваемые САУ включены также подсистемы, обеспечивающие защиту двигателя от перегрузок за счет регулирования частоты вращения коленчатого вала.

2.6.2. Производительность автогрейдера

Способ расчета производительности автогрейдера зависит от вида выполняемой им работы.

При возведении земляного полотна техническая производительность автогрейдера определяется как

П т = 60 L sin ά H 2 / tg φ K p (S 1 /v 1 + S 2 /v 2 + t o + t п), (2.30)

Где L – длина отвала, м; H – высота отвала, м; ά – угол установки отвала (угол захвата) при резании грунта (табл. 2.28); φ – угол внутреннего трения грунта; K p – коэффициент разрыхления грунта: S 1 – длина пути зарезания (резания) грунта, м; S 2 – длина пути холостого хода, м; v 1 , v 2 – соответствующие скорости автогрейдера, м/мин.; t o – время на опускание и подъем отвала (0,06…0,07 мин.); t п – время на переключение передач за один цикл (0,08…0,09 мин.).

Коэффициент использования автогрейдера в течение смены при разработке грунта принимается равным 0,7…0,75.

Таблица 2.27

Техническая характеристика автогрейдеров

При производстве планировочных работ техническая производительность

П т = 1000(L sin – b) v / n, (2.31)

Где L – длина отвала, м; – угол установки отвала в плане (табл. 2.28); b – ширина перекрытия смежных полос планировки (0,3…0,5 м); v – скорость движения при планировке, км/ч, (обычно принимается 1-я скорость); n – необходимое число проходов: при ручном управлении 4-10; при автоматическом управлении 2-4.

Коэффициент использования автогрейдера в течение смены при планировочных работах принимается равным 0,8.

2.6.3. Контрольные вопросы к разделу 2.6

1. Для чего предназначены автогрейдеры? Какие виды работ они могут выполнять? Укажите область эффективного использования автогрейдеров в железнодорожном строительстве.

2. Приведите общую классификацию автогрейдеров. Какова структура колесной формулы автогрейдера? Какие автогрейдеры (с какой колесной схемой) наиболее распространены в строительстве?

3. Как устроен и как работает автогрейдер? Каким образом обеспечивается планировочная способность автогрейдера?

4. Назовите технологические схемы работы автогрейдера. При каких условиях они реализуются?

5. Какие задачи решаются благодаря использованию систем автоматического управления (САУ) автогрейдером? Какие типы САУ используются на автогрейдерах?

6. Перечислите основные элементы САУ и объясните принципы их работы.

7. Как определяют техническую и эксплуатационную производительность автогрейдера при выполнении им разных видов работ?

2.7. Машины и оборудование для уплотнения грунта

2.7.1. Общая характеристика машин для уплотнения грунта

Машины и оборудование для уплотнения грунтов предназначены для восстановления плотности и прочности грунтов, уложенных в земляные сооружения, придания им необходимой устойчивости, несущей способности и водонепроницаемости.

Грунты уплотняют слоями одинаковой толщины, для чего отсыпанный грунт разравнивают бульдозерами или грейдерами. Толщина разравниваемых слоев зависит от условий производства работ, вида грунта и технической характеристики уплотняющих машин и оборудования.

Послойное уплотнение грунта осуществляется укаткой, трамбованием, вибрированием и комбинированным воздействием. Грунтоуплотняющие машины позволяют использовать все способы уплотнения грунтов.

При укатке уплотнение грунта происходит в результате давления, создаваемого вальцом или колесом на поверхности уплотняемого слоя.

При трамбовании грунт уплотняется падающей массой, обладающей в момент встречи с поверхностью грунта определенной скоростью.

При вибрировании уплотняемому слою грунта сообщаются колебательные движения, которые приводят к относительному смещению частиц и более плотной их укладке.

Комбинированные способы уплотнения грунта – виброукатка и вибротрамбование.

Обобщенная характеристика грунтоуплотняющих машин и оборудования приведена в табл. 2.29.

Таблица 2.29

Схема классификации грунтоуплотняющих машин и оборудования

Грунтоуплотняющим машинам присваивается индекс , состоящий из букв ДУ и двух цифр, после которых иногда следует порядковая буква (А, Б, В и т.д.) или порядковая цифра (, 2, 3 и т.д.). Буквы ДУ указывают, что машина относится к группе дорожных машин для уплотнения грунта. Две цифры в индексе – порядковый номер заводской модели. Буквами А, Б, В, Г и т.д. обозначают очередную модернизацию машины. Например, индекс ДУ–16Г расшифровывается так: ДУ – дорожная машина для уплотнения грунта; 16 – заводской номер модели; Г – четвертая модернизация 16-й заводской модели. В последнее время вместо букв для обозначения модернизации используют также цифры, например, ДУ-70-1; ДУ-85-1.

В железнодорожном строительстве наиболее распространены прицепные и полуприцепные пневмоколесные катки, прицепные кулачковые, решетчатые и вибрационные катки, а также грунтоуплотняющие машины ударного и виброударного действия.

Пневмоколесный каток состоит из четырех-пяти пневматических колес и одного или нескольких (по числу колес) балластных ящиков. В последнем случае ось каждого колеса крепится к днищу соответствующего балластного ящика так, что в зависимости от неровностей укатываемой поверхности с грунтом контактирует все колеса катка. В качестве балласта используют чугунные отливки или железобетонные блоки, с помощью которых можно существенно увеличить массу катка. Прицепные пневмоколесные катки работают в сцепе с гусеничными тракторами. Полуприцепные и самоходные пневмоколесные катки, представляют собой самоходные агрегаты, состоящие из одноосных колесных тягачей и соединенных с ними хоботами одноосных катков с колесами на пневматических шинах.

Прицепные кулачковые катки работают в сцепе с гусеничным трактором. Это весьма эффективные машины. Однако их применяют лишь на связных грунтах, так как на несвязном грунте происходит выброс грунта кулачками вверх, вследствие чего уплотняемый слой разрыхляется.

Решетчатые и сегментные катки можно применять для уплотнения комковатых и переувлажненных связных грунтов, а также разрыхленных мерзлых и скальных крупнообломочных грунтов.

Вибрационные катки выпускают с гладкими, кулачковыми или решетчатым вальцом, внутри которого вмонтирован вибратор направленных колебаний. Вибратор приводится в движение от автономного двигателя, установленного на раме катка. Максимальный эффект при использовании виброкатков достигается при уплотнении увлажненных песчаных, супесных, гравийно-песчаных и других несвязных грунтов.

В стесненных условиях грунт можно уплотнять самопередвигающимися виброплитами . Площадь рабочей поверхности такой плиты 0,5…2 м 2 , толщина уплотняемого слоя несвязного грунта до 0,6 м.

К трамбовочным машинам относятся навесные трамбовочные плиты на экскаваторах, трамбовочные машины с падающими плитами и дизель-трамбовками на базе гусеничного трактора. К числу основных преимуществ этих машин относится возможность уплотнять связные и несвязные грунты слоями до 1 м и более. Тем не менее они не нашли широкого применения в транспортном строительстве, так как установки со свободно падающими плитами тихоходны, а машины с дизель-трамбовками эффективны только на предварительно уплотненных грунтах.

Вибро-трамбовочные машины представляют собой навесное оборудование на самоходной машине на базе гусеничного трактора. Рабочее оборудование состоит из двух вибромолотов, получающих привод от гидромотора-редуктора через двухступенчатую клиноременную передачу. Удары вибромолотов передаются на трамбующую плиту, создавая эффект трамбования и вибрирования. Подвеска трамбующей плиты позволяет перемещать ее в поперечном направлении на 0,5…0,7 м от следа базового трактора с целью уплотнения бровочной части насыпи с соблюдением требований техники безопасности.

В табл. 2.30 приведены технические характеристики некоторых моделей отечественных грунтоуплотняющих машин.

Таблица 2.30

Техническая характеристика машин для уплотнения грунтов

Технические характеристики некоторых марок бульдозеров приведены в табл. 2, а расчеты производительности в формуле (1).

Производительность бульдозеров при разработке и перемещении грунта

М 3 /ч, (1)

где q – объём грунта, перемещаемого перед отвалом, м 3 ;

t Ц – время полного цикла, ч;

K ГР – коэффициент, учитывающий группу грунта по трудности разработки (табл. 3); Таблица 2

Технические характеристики бульдозеров

Таблица 3

Значения K ГР

K В – коэффициент использования внутрисменного времени (K В =0,75);

K Т – коэффициент перехода от технической производительности к эксплуатационной (K Т =0,70); , м 3 , (2)

где h – высота отвала, м (см. табл. 2);

b – длина отвала, м (см. табл. 2);

K П – коэффициент, учитывающий потери грунта при перемещении, K П =0,85;

K Р – коэффициент разрыхления грунта (K Р =1,1 для песчаных грунтов, K Р =1,2 для глинистых грунтов);

t З – затраты времени на резание (набор) грунта, ч;

– длина резания, м;

V З – скорость резания грунта, км/ч (см. табл. 2);

h СТР – толщина стружки резания, м (h СТР =0,10…0,25 м);

t П – затраты времени на перемещение и разравнивание грунта, ч;

t ОБ.Х – время обратного хода, ч;

t ПЕР – время на переключение передач, подъём и опускание отвала, ч;

t ПЕР =0,005 ч.

, (6)

, (7)

где ℓ П – дальность перемещения грунта, м (ℓ П =10…40 м);

V П – скорость движения при разравнивании (перемещении) грунта (см. табл. 2);

V ОБ.Х – скорость обратного (холостого) хода, км/ч (см. табл. 2).

Рис. 1. Бульдозер

Рис. 2. Типовые схемы разработки грунта бульдозером:

а) поперечная (челночная); б) поперечно-участковая:

г – вал грунта; а – щирина перекрытия полосы прохода; m – полоса временной дороги;

b – длина отвала бульдозера; h СТР – толщина стружки зарезания;

1,2,3 и т.д. – номера проходов бульдозера

Производительность бульдозера при разравнивании материалов и грунтов

, м 3 /ч, (8)

где q – объём материала (грунта), перемещаемого бульдозерным отвалом, м 3 ;

t Ц – время полного цикла, ч;

K Р.В – коэффициент, учитывающий часть отсыпаемого материала или грунта, перемещаемого при разравнивании (табл. 4);

K ГР – коэффициент, учитывающий группу материала или грунта по трудности разработки (см. табл. 3);

K В =0,75; K Т =0,60; , м 3 , (9)

где h – высота отвала бульдозера, м;

b – длина отвала бульдозера, м;

K П – коэффициент, учитывающий потери материала или грунта при перемещении, К П = 0,85.

, ч, (10)

, ч (11)

, (12)

t ПЕР =0,01 ч,

где ℓ П – дальность перемещения материала или грунта при разравнивании, м, зависящая от толщины разравниваемого слоя h СЛ (см. табл. 4);

V П – скорость движения при разравнивании (перемещении) материала или грунта (см. табл. 2).

а) при разработке грунта

М 3 /ч (13)

где a – угол установки отвала в плане, град. (a =50…60 О);

h СТР – толщина снимаемого слоя грунта, м;

K П.В – коэффициент потерь времени на холостой ход при разворотах и переключение передач (K П.В =0,6);

K В =0,75; K Т =0,70;

Таблица 4

Значения дальности перемещения грунта ℓ П и K Р.В

Производительность бульдозера при работе по продольно-поперечной

ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИИ ГРУНТА

Цель работы: определить производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта с учетом тягово-сцепных характеристик гусеничного трактора.

На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис. 2.1) могут быть установлены бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2 и 4 .

Рис. 2.1. Навесное оборудование бульдозера

Производительность бульдозера П, м 3 /ч, при разработке и перемещении грунта:

(2.1)

где: - ширина призмы грунта впереди отвала, м;

Длина и высота отвала, м;

Угол естественного откоса грунта в движении, град;

Коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным ;

Дальность перемещения грунта, м,

Число циклов за 1 час работы;

- продолжительность цикла, с;

Время резания грунта, с;

Длина пути резания (обычно 6.. 15 м);

Скорость движения трактора при резании грунта, м/с;

Время перемещения грунта, с;

Путь перемещения грунта, м;

Скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с;

- время об­ратного хода трактора, с;

Скорость движения трактора при об­ратном его ходе, м/с;

Дополнительное время, с (в дополнительное входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.);

Коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема рыхлого грунта к объему того же грунта в плотном теле (1,12 - для песчаных; 1,22 - для суглинистых; 1,3 - для глинистых грунтов).

Скорость движения трактора (табл. 2.1) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.

Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером:

где: W 1 - сопротивление грунта резанию:

, (2.3)

где: b - длина отвала, м;

- угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;

с - толщина срезаемого слоя, м;

k - коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров;

W 2 - сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала:

(2.4)

где - угол естественного откоса грунта(= 40...45°);

- плотность грунта;

- ускорение свободного падения;

- ко­эффициент трения грунта по грунту (0,4...0,8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов);

- уклон пу­ти,

W 3 - сопротивление трению грунта по отвалу:

где: δ - угол резания (50...55°);

µ" - коэффициент трения грунта по стали (µ" =0,7...0,8 для глины; µ" =0,5...0,6 - для суглинка и супеси; µ" =0,35...0,5 - для песка);

W 4 - сопротивление движению бульдозера с трактором:

(2.6)

где G - вес бульдозера с трактором;

ω 0 - удельное сопротивление движению (0,15 - 0,12, меньшее для плотных грунтов).

Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и больше общего сопротивления передвижению.

Тяговое усилие, развиваемое трактором:

(2.6)

где: - мощность двигателя;

- КПД трансмиссии;

- скорость передвижения.

Сила тяги по сцеплению:

где: - сцепной вес машины;

- коэффициент сцепления.

Условие движения без буксования:

Объем грунта в призме волочения:

(2.9)

Порядок выполнения работы

Определить производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта. Исходные данные принять по таблице 2.3 согласно номеру варианта, заданного преподавателем.

Таблица 2.1. Основные параметры гусеничных тракторов

Продолжение таблицы 2.1

В качестве примера определим производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала b = 3,2 м, высота отвала h = 1,3 м. Масса трактора с навесным оборудованием т = 17280 кг. Разрабатываемый грунт - плотный суглинок γ = 1700 кг/м 3 . Место работы - горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора α = 90°.

Тяговое усилие, развиваемое трактором при N дв = 118 кВт, η = 0,8 и скорости движения v = 3,7 км/ч =1,03 м/с:

Сила тяги по сцеплению (формула 2.7) при движении бульдозера по плотному грунту (φ = 0,9):

Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при φ = 40°, α = 90° и µ =0,4 по формуле (2.4):

Сопротивление от трения грунта по отвалу по формуле (2.5):

Сопротивление движению бульдозера по формуле (2.6):

Свободная сила тяги (запас тягового усилия) по сцепному весу:

По мощности:

Для дальнейших расчетов следует принимать меньшее значение. Расчетная глубина резания (толщина стружки грунта) из формулы (2.3):

Для разрабатываемого грунта - плотного суглинка k = 0,14МПа (по табл. 2.2).

В конце набора грунта

В начале копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, свободная сила тяги:

Отвал бульдозера может быть опущен на глубину:

Таблица 2.2. Значения удельных сопротивлений грунта резанию и копанию, МПа

Средняя толщина срезаемого слоя:

Длина участка набора грунта:

Выбираем скорости движения на участках: набора грунта =3,7 км/ч, транспортирования =4,4 км/ч, движения задним ходом =4,96 км/ч.

Продолжительность элементов цикла:

где: l 1 , - длина участка;

Скорость движения машины.

Продолжительность набора грунта:

Продолжительность транспортирования грунта:

Продолжительность движения задним ходом:

Контрольные вопросы

1. Как определяется производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта?

2. Что такое призма волочения? Ее основные размеры?

3. Что такое коэффициент разрыхления грунта? От чего он зависит?

4. Из каких сопротивлений состоит усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером?

5. Что представляет условие движения без буксования?

6. Как можно определить расчетную глубину резания (толщина стружки грунта)?

7. Из каких элементов состоит рабочий цикл бульдозера? Как определяется продолжительность элементов цикла?

8. Каким образом учитываются потери грунта при перемещении бульдозером?

Лабораторная работа №3

Производительность бульдозера на землеройно-транспортных работах определяется количеством разработанного грунта в кубических метрах за единицу времени.

Техническую производительность бульдозера (м 3 /ч) определяют по формуле

где - объем призмы волочения, м 3 ; - коэффициент уклона местности; - коэффициент сохранения грунта при перемещении (= 1-0,005); - время рабочего цикла, с; - дальность перемещения грунта, м.

Значения коэффициента уклона местности приведены в табл. 2.

Для того или иного значения производительности большую роль играет количество грунта, перемещаемого отвалом за один рабочий цикл, которое характеризуется объемом призмы волочения (рис. 5).

Таблица 2

Коэффициенты уклона местности

Рис. 5.

1 - призма; 2 - отвал; 3 - боковые валики; 4 - стружка

При резании стружки грунт 4 собирается перед отвалом 2 в виде призмы 1, которая выступает на расстояние. В процессе перемещения грунта неизбежны потери в валики 3 через боковые щиты отвала. Чем больше призма волочения, тем выше производительность бульдозера.

Объем призмы волочения, м 3 , ориентировочно определяют из условия, что грунт располагается под углом естественного откоса, град.:

где - ширина отвала, м; - высота отвала, м; - коэффициент разрыхления грунта, равный 1,10-1,35 в зависимости от его плотности и влажности.

Время рабочего цикла, с, бульдозера определяют по формуле

где - длина пути резания грунта и формирования призмы волочения, = (5-7) м; - средние скорости при резании, перемещении грунта и холостом ходе, м/с; - время переключения передачи и разгона (2-5 с); - время опускания отвала (1-2 с).

Меньшее значение времени переключения принимают для гидромеханической трансмиссии, большее - для механической.

Среднюю скорость движения определяют по формуле

где - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ; - радиус ведущего колеса или звездочки, м; - передаточное отношение трансмиссии на соответствующей передаче; - коэффициент снижения скорости движения (для механической трансмиссии = 0,85-0,95, для гидромеханической = 0,7-0,8).

Эксплуатационная производительность машины определяется за час или смену работы и учитывает простои, связанные с необходимостью ежесменного технического обслуживания, возможными поломками и технологическими перерывами в работе, отдыхом машиниста.

Сменную эксплуатационную производительность (м 3 / см.) для всех видов машин определяют по формуле

где - количество часов работы в смену с учетом техобслуживания машины, отдыха машиниста, равное 6,82 ч; - коэффициент использования машины по времени, равный 0,85-0,95.

На практике эксплуатационную производительность определяют часто по объему отрытой траншеи, котлована или возведенного земляного полотна и времени, затраченному на выполнение этой работы.

Объемы грунта определяют геометрическими обмерами с помощью рулетки и рейки или маркшейдерским способом с применением теодолита и рейки.

Тогда эксплуатационную производительность машины (м 3 / ч) в плотном теле грунта находят по формуле

где - объем грунта, м 3 ; - время работы машины.

На планировочных работах производительность бульдозера определяют по площади спланированной поверхности за единицу времени и выражают в квадратных метрах на час.

Анализ приведенных формул и составляющих их элементов позволяет наметить рациональные способы работы с целью повышения производительности машины. Они должны быть направлены на сокращение рабочего цикла и увеличение объема призмы волочения.

Для уменьшения продолжительности рабочего цикла важно повышать скорость выполнения рабочих операций. Скорость рабочего хода принимают в пределах 2,5-3,5 км/ч. Она зависит от точности управления машиной (т. е. квалификации машиниста), так как в процессе формирования призмы волочения и ее перемещения машинисту приходится 15-20 раз за цикл поднимать и опускать рабочий орган, восполняя призму грунтом вместо высыпающегося через торцы отвала в боковые валики. Фактически рабочие скорости бульдозеров за счет буксования гусениц и колес составляют 2,0-2,8 км/ч. Увеличение скорости холостого хода до 5-10 км/ч позволяет существенно уменьшать время цикла. При этом важно, чтобы рабочая поверхность была возможно более ровной. Тогда обратный ход машины принесет минимум неудобств машинисту и уменьшит его утомляемость.

Для увеличения объема призмы волочения и уменьшения потерь грунта в боковые валики используют следующие рациональные способы (рис. 6).

Рис. 6.

Движение бульдозера по одному и тому же следу () позволяет образовать после двух-трех проходов боковые валики достаточной высоты. Благодаря этому уменьшаются боковые утечки грунта и объем призмы волочения сохраняется.

Траншейный способ разработки () сохраняет грунт призмы волочения, так как боковые стенки траншеи удерживают его перед отвалом. Этот способ в основном используют для земляных работ бульдозерами.

Спаренная работа двух-трех бульдозеров () способствует сохранению массы перемещаемого грунта, так как ограничивается вытеснение грунта в боковые валики между машинами. Спаренная работа требует внимания и взаимопонимания машинистов.

При работе бульдозером под уклон (угол) можно увеличить объем призмы волочения или скорость движения (). Этот способ следует чаще использовать в тех случаях, если рабочей поверхности можно придать уклон или во время отрывки котлованов при разработке грунта между ярусами.

Работа бульдозера с образованием промежуточных валов грунта также способствует уменьшению потерь грунта в боковые валики. Каждый промежуточный вал формируется из нескольких призм волочения (), а количество промежуточных валов - на единицу меньше количества дробных дальностей перемещения (т. е.). При этом потери грунта в боковые валики уменьшаются в раз. В табл. 3 приведены некоторые значения коэффициентов уменьшения потерь грунта в боковые валики.

Выбор оптимального угла резания () в зависимости от плотности и влажности грунта имеет большое значение. При работе на влажных грунтах он должен составлять 45-50є стружка грунта поднимается выше отвала, опускаясь в верхней зоне от козырька, и способствует образованию призмы волочения большего объема. Во время работы на насыпных грунтах угол резания должен составлять 60-65є.

Увеличению массы перемещаемого грунта способствует использование уширителей и удлинителей (). Дополнительное оборудование рационально применять и на планировочных работах.

Открылки, установленные на боковинах отвала, повышают объем призмы волочения и, следовательно, производительность машины ().

Таблица 3

Коэффициенты уменьшения потерь грунта в боковые валики

Дополнительное оборудование повышает эффективность машины только при разработке легких грунтов и насыпных штабелированных материалов. В противном случае перегружаются двигатель, трансмиссия и ходовая часть и снижается надежность машины.

Применение сферического отвала позволяет увеличить производительность бульдозера (рис. 7).

Рис. 7. 1 - бульдозер мощностью 275 кВт со сферическим отвалом; 2 - то же, с плоским отвалом; 3 - бульдозер мощностью 80 кВт со сферическим отвалом; 4 - то же, с плоским отвалом

Оснащение отвалов бульдозеров выступающим средним ножом дает положительные результаты. На рис. 8 показано увеличение производительности при различной дальности транспортировки грунта - мореных глин (= 6-25) - и различных конструкциях отвалов. Рациональная ширина выступающей части отвала 0,33-0,16 ширины отвала.

На малосвязных грунтах (сыпучих и переувлажненных) применение бульдозера с выступающим ножом не дает преимуществ по сравнению с обычным.

Бульдозер, оборудованный выступающим ножом, целесообразно применять при разработке связных грунтов II-V категорий, подмороженных грунтов, некоторых горных пород типа мела и известняка, а также на вскрышных карьерных работах.

Рис. 8. 1 - ножи плоские; 2 - ножи с выступающей средней частью

Большой эффект достигается при разрушении старых асфальтобетонных покрытий и особенно при устройстве лотков, траншей под дренажные трубы, сточных и нагорных канав, для устройства корыта при расширении проезжей части автомобильных дорог за счет обочин и под временные колейные пути лесовозных дорог. Применение бульдозеров с выступающим ножом можно рекомендовать для гражданского, промышленного, дорожного, гидромелиоративного строительства, в горнодобывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Важным фактором повышения производительности машин является повышение коэффициента использования машины по времени путем снижения потерь времени по организационным причинам (определение фронта работ, перемещение с объекта на объект), уменьшения простоев машин из-за поломок и неисправностей своевременным проведением профилактических мероприятий и технических обслуживаний машин.