Бульдозер на базе трактора Т-330

Увеличению крепости и трудности разработки грунтов  обычно соответствует увеличение их плотности.

Сопротивления сдвигу и  сжатию, сцепление и внутреннее трение грунтов — это свойства, наиболее влияющие на сопротивление грунтов механическому воздействию. На их характеристиках основываются расчетные методы механики грунтов, в которых принимается, что сдвиг в грунте происходит, если сдвигающие силы в нем превосходят силы внутреннего трения и сцепления.

Количественно сопротивление  грунтов сдвигу определяется в результате испытаний их стандартных образцов при одновременном измерении нормального и касательного разрушающих усилий. Для разрушения образца по направлению действия сдвигающей силы необходимо преодолеть сопротивления излому частиц, изменению их положения и ориентации, механические и молекулярные связи между ними. Таким образом, результаты в опытах «на сдвиг» являются суммирующими показателями сопротивления грунта разрушению по поверхности, совпадающей с направлением действия сдвигающих сил. Сложность природы разрушения грунтов — одна из причин условности применительно к грунтам имеющихся методов теорий упругости и пластичности, предполагающих некоторое идеальное строение среды.

Для инженерных расчетов в механике грунтов принято, что сопротивление сдвигу — линейная функция нормального напряжения о но поверхности сдвига. Это допущение приблизительно соответствует действительности при значительных нормальных напряжениях. Угол, образуемый этой функцией с осью абсцисс и равный углу сдвига, называется углом внутреннего трения. Тангенс этого угла характеризует коэффициент внутреннего трения грунта.

Предельное сопротивление  сжатию грунта также является распространенной характеристикой его механической прочности и определяется испытанием стандартных образцов грунта (цилиндрических или кубических); характеризует наибольшую удельную сжимающую нагрузку, которую может выдержать образец грунта.

Сопротивление грунта внешнему трению рабочих органов машин  относится к числу наиболее существенных факторов рабочего процесса машин для земляных работ. Коэффициентом и углом внешнего трения грунта по конструкционным материалам машин определяются соотношение между ортогональными составляющими сил резания и копания грунтов, усилия для перемещения машин по грунтовому массиву, условия устойчивости машин.

Исследования показали, что закономерности трения между  грунтом и рабочим органом  машины отличаются от соответствующих  закономерностей трения твердых  тел. Коэффициент трения между грунтом  ненарушенного сложения и сталью зависит от давления и влажности грунта, уменьшаясь при их увеличении. Для большинства глинистых и песчаных грунтов угол трения по стали в условиях взаимодействия с рабочим органом машины составляет от 15 до 30°.

Разрыхленный при разработке грунт после укладки в отвал постепенно уплотняется под действием сил тяжести и атмосферных факторов. Но первоначальной плотности естественным путем он обычно не достигает.

Объемы земляных работ  и производительность машин для  их выполнения вычисляют по объему грунта в состоянии естественного залегания. При определении, например, вместимости ковшей машин или размеров отвалов, принимается во внимание увеличение объема и уменьшение плотности грунта вследствие разрыхления. Показатели разрыхления грунтов принимаются по данным ЕНиР на земляные работы. Так, для ломовой глины первоначальное увеличение грунта при разработке равно 28—32%, а остаточное разрыхление — 6—9%; для песка соответственно 10—15 и 2—5%; для скальных грунтов — 45—50 и 20—30%.

Сила прилипания грунтов, например к стали, может достигать 2,5 Н/см2. Это значит, что на горизонтальной поверхности стальной детали может удерживаться силами прилипания слой грунта толщиной до нескольких десятков сантиметров. В таких условиях затрудняется или даже становится невозможной разгрузка ковшей, а иногда и работа землеройной машины. Таким образом, липкость грунтов в определенных условиях становится фактором, отрицательно влияющим на производительность машин для земляных работ.

Примерзаемость грунтов  к рабочим органам и конструкциям машины при температуре замерзания. Процесс примерзания проходит обычно в два этапа: вначале разрабатываемый незамерзший грунт прилипает к детали или конструкции, и затем прилипший грунт замерзает. В результате замерзания грунтовой воды в зоне контакта развиваются силы сцепления более 200 Н/см2, что весьма затрудняет производство земляных работ.

В зависимости от сопротивления  резанию грунты делятся на категории. Крепость грунтов в данном случае характеризуется среднемаксимальным удельным сопротивлением свободному срезу острым ножом, отделяющим стружку при угле резания 45°. Этот измеритель характеризует сопротивление грунта, приходящееся на единицу площади поперечного сечения среза при отделении стружки от грунтового массива.

Особенностью свойств  замерзших грунтов по сравнению с незамерзшими (талыми), является то, что первые значительно крепче. Например, сопротивление резанию острым ножом замерзшей глины с температурой —15° С по данным опытов достигает 2,5—3,0 МПа, что в 50—60 раз превосходит сопротивление этого же грунта в талом состоянии. Временное сопротивление сжатию при температуре —10° С составляет у суглинков 3,5—5,0 МПа, супесей 5— 8 МПа, песков 9—12 МПа, что намного превышает сопротивление этих грунтов в талом состоянии.

Основной причиной повышения сопротивления разработке грунтов при отрицательной температуре является замерзание воды, содержащейся в грунте. Лед становится цементирующим материалом в замерзшем грунте, связывающим минеральные частицы в прочный монолит.

Замерзшие глинистые  грунты, кроме значительного увеличения прочности, отличаются развитием пластических деформаций под действием нагрузки и пучинностью.

6. Пути повышения производительности.

Современные тенденции  увеличения производительности бульдозеров  - увеличение единичной их мощности, что не только повышает производительность этих машин, включая выработку на единицу установленной мощности базовой машины (трактора), но и несколько снижает себестоимость бульдозерных работ. С этим связано также и увеличения мощности и давления гидропривода управления рабочим органом бульдозера: требуемая мощность гидропривода составляет в среднем 50 МПа мощности двигателя базовой машины, а давление в системе достигает 20 МПа. Повышенная мощность и давление гидропривода обеспечивают значительное заглубление отвала в грунт, что дает возможность вести разработку более толстыми пластами, тем самым повышать и производительность бульдозеров.

К числу общих мероприятий  повышения производительности бульдозеров  относятся максимальное использование  мощности двигательной базовой машины, а также самой машины на выполнение полезной работы;, снижение удельных сопротивлений на перемещение машины (особенно в забое) и на резание разрабатываемых грунтов; своевременное качественное техническое обслуживание, значительно уменьшающее частоту отказов в работе машины.

К числу особо эффективных  методов повышения производительности бульдозеров относится использование  уклонов местности разрабатываемых  участков, выполняя работу под уклон, обеспечивающую повышение производительности машин в 1,5 раза, а в отдельных случаях в 2 раза.

Следует отметить, что  работа бульдозерами на подъем резко  сокращает их производительность. Так, при работе на подъем при 15° производительность не превышает 65 % производительности на горизонтальных участках, принятой за 100 %, а при работе на подъем до 30° производительность не будет превышать 35-40 %.

Наиболее высокая эксплуатационная производительность бульдозеров может  быть достигнута при условии, если работа этих машин на каждом объекте выполняется по предварительно разработанной схеме организации и технологии ведения работ.

При этом должны быть учтены: – условия производства работ (свойства разрабатываемого грунта, характер работ, расстояние, на которое транспортируется грунт, рельеф местности и т. п.); – технические возможности бульдозера (мощность двигателя, размеры отвала, техническое состояние машины); – квалификация бульдозериста.

При выполнении одинакового  вида работ производительность бульдозеров  меняется в зависимости от группы и состояния разрабатываемого грунта. Так, при разработке песчаных грунтов сопротивление их перемещению увеличивается и на преодоление этого сопротивления затрачивается значительная мощность двигателя. Во время транспортировки песчаного грунта большая часть его теряется по пути, ссыпаясь по сторонам отвала. При разработке тяжелых глинистых и переувлажненных пылеватых грунтов производительность бульдозера снижается вследствие значительного сопротивления этих грунтов резанию и большой плотности. Наиболее производительно бульдозеры работают в супесчаных и суглинистых грунтах, имеющих нормальную влажность (10… 15%). Объем одновременно перемещаемого супесчаного или суглинистого грунта нормальной влажности примерно в 1,5 раза превышает объем глинистого или сухого песчаного грунта при прочих равных условиях.

Потери перемещаемого  бульдозером грунта возрастают с  увеличением расстояния, на которое  грунт транспортируется. Следовательно, с увеличением расстояния транспортировки  снижается производительность бульдозеров.

Так, при транспортировке грунтов I-III групп (кроме сухого песка) на расстояние 40 м сменная производительность бульдозера в 2,2 раза выше, чем при транспортировке этих грунтов на 100 м.

Эффективным средством  борьбы с потерями грунта является сокращение расстояния его транспортировки. Практика эксплуатации бульдозеров показывает, что наиболее производительно они работают при перемещении грунта на расстояние до 70 м. При перемещении грунта на большее расстояние работы ведут методом устройства промежуточных валиков, траншейным способом или применяют для перемещения грунта одновременно несколько бульдозеров.

Метод устройства промежуточных  валиков заключается в следующем. На пути транспортировки грунта через  каждые 40…50 м намечают участки расположения промежуточных валиков грунта. Бульдозер разрабатывает и перемещает грунт отдельными захватками. Сначала грунт перемещается в первый валик, затем во второй, третий и далее за пределы выемки. При этом увеличивается количество холостых ходов бульдозера, но при каждом рабочем ходе бульдозер перемещает максимальный объем грунта. При траншейном способе разработки грунта потери его значительно сокращаются вследствие уменьшения осыпания с отвала бульдозера в процессе транспортировки грунта к месту его отсыпки.

Траншейный способ разработки грунта имеет две разновидности: перемещение грунта по траншее, устроенной между валиками ранее осыпавшегося грунта, и устройство траншей в материковом грунте. Перемещение грунта по траншее между валиками применяется в тех случаях, когда бульдозеры транспортируют грунт, разработанный ранее другой землеройной машиной. При этом не производится срезание грунта по пути следования бульдозера. Захватывая грунт из отвала или насыпи, бульдозеры перемещают его постоянно по одному пути между валиками, образовавшимися из грунта, потерянного при первых рейсах.

Устройство траншей  в материковом грунте целесообразно  при разработке грунта бульдозерами в выемках глубиной 1…1.5 м. Для  этого бульдозер проходит неоднократно по одному и тому же следу, срезая грунт  по пути своего движения. Траншейный способ разработки грунта при отсыпке насыпи может быть совмещен с устройством промежуточных валиков (рис. 99). По окончании разработки грунта в траншее на полную глубину выемки бульдозер начинает устройство второй траншеи, расположенной параллельно первой на расстоянии 0,5 м от нее. Оставшийся между траншеями грунт разрабатывается и перемещается бульдозерами по окончании разработки грунта в траншеях.

Недостатки траншейной разработки заключаются в необходимости  перемещения грунта только в одном направлении, повышенном расходе мощности трактора на перемещение грунта и, как следствие этого,- увеличении расхода горючего. Кроме того, при работе траншейным способом увеличивается интенсивность изнашивания деталей гусеничного хода тракторов, так как на них попадает грунт, осыпающийся с валиков или откосов траншеи.

Одновременная работа нескольких бульдозеров применяется при  достаточно широком фронте работ  или планировке широких площадей, а также при перемещении тяжелых  глинистых или скальных пород.

Рисунок 26 – Траншейный способ разработки грунта при отсыпке насыпи

1 — траншеи проходок бульдозера; 2 — промежуточные валики; 3 — перемычка между траншеями; 4— насыпь; 5 — расстояние между промежуточными валиками

При этом способе бульдозеры передвигаются рядом на расстоянии до 0,5 м один от другого. В работе могут участвовать одновременно до 4 бульдозеров. За счет сокращения потерь объем перемещаемого каждым бульдозером грунта увеличивается на 10…15%.

Одновременно работа нескольких бульдозеров требует четкой организации труда и высокой квалификации бульдозеристов, так как в этом случае необходимо поддерживать одинаковую скорость передвижения участвующих в работе бульдозеров и равномерную загрузку их. Снижение скорости или остановка одного из бульдозеров нарушает ритмичность работы всех машин.

Повышение производительности бульдозеров за счет уменьшения потерь грунта достигается также увеличением  объема отвалов. К отвалам крепят дополнительные лобовые щитки, уширители  и открылки. Лобовые щитки приваривают к верхней части отвала для увеличения его высоты, что предотвращает ссыпание грунта через отвал. Установка на отвал щитков высотой 300…350 мм позволяет увеличить объем отвала на 10… 15%.

Уширители и открылки, изготовляемые в виде щитков, крепят к боковым стенкам отвала болтами, устанавливая их параллельно или под некоторым углом к продольной оси трактора. Применение уширителей и открылок позволяет увеличить объем перемещаемого грунта почти в 1,7… 1,8 раза.