Производительность и стоимость бульдозера в час. Определение производительности бульдозера Средняя производительность бульдозера м3 в час

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

Модель	Длина отвала b , м	Высота отвала h , м	Рабочие скорости, км/ч
V З	V П	V ОБ.Х
TD 15E	1,00	0,8	3,2	10,5	12,5
ТК-25.05	1,4	0,72	3,5	10,0	15,1
D 5C	1,93	1,43	3,1	10,0	11,9
ДЗ-42В	2,52	0,8	2,5	5,0	8,0
Т-4АП2	2,84	1,05	3,0	6,0	7,5
ДЗ-171.4	3,2	1,3	2,8	5,8	7,6
ДЗ-186	2,52	1,52	3,0	6,0	7,5
Б10.02ЕР	3,4	1,3	3,4	6,2	8,4
Т-50.01	3,94	1,4	3,5	12,0	14,2
ДЭТ-350Б1Р2	4,2	1,8	4,7	9,5	13,2
D355A-3 (KOMATSU)	4,31	1,54	5,8	12,5	15,0
D4C XL	4,99	1,17	5,1	11,0	11,9
D9R	4,65	1,93	4,1	11,8	14,7
ДЗ-141УХЛ	4,8	2,0	4,0	8,0	11,5
D10R	5,26	2,12	5,2	12,5	15,6
D11R	6,35	2,37	4,8	11,6	14,1

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

Поперечная и поперечно-участковая схемы разработки грунта бульдозером приведены на рис. 2.

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

Показатель	ДТ-75	Т-75	Т-4А	Т-100М	Т-130
Марка двигателя	СМД-14	Д-75	А-01М	Д-10	Д-160
Мощность двигателя, кВт
Тяговый класс
	5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67	2,14...10,6	3,47; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52	2,36; 3,78; 4,5; 6,45; 10,15	3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2
	3,42...4,28	1,76...5,86	4,69; 5,47; 6,34; 7,04	2,79; 4,46; 5,34; 7,61	3,56; 4,96; 7,14; 9,9
Габариты, мм
длина
ширина
высота
Масса трактора, т	5,26	5,9		12,1

Продолжение таблицы 2.1

Показатель	Т-180	ДЭТ-250	Т-220	Т-330	Т-500
Марка двигателя	Д-180	В-ЗОВ	ДВ-220	8ДВТ-330	12ДВТ-500
Мощность двигателя, кВт
Тяговый класс
Скорость движения вперед, км/ч:	2,86; 5,06-6,9; 9,46; 13,09	Рабочая 2,3...15; Транспорт. 3,5...24,5	0...17,6	0...16,4	0...16,2
Скорость движения назад, км/ч:	3,21...8,19	То же	0...14,6	0...13,7	0...13.5
Габариты, мм
длина
ширина
высота
Масса трактора, т	14,35

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

Наименование грунта	Категория	Объемная масса в плотном теле, кг/м 3	Коэффициент разрыхления	Удельное сопротивление грунта резанию
нож бульдозера	нож скрепера
Песок рыхлый, сухой	I	1200...1600	1,05...1,1	0,01...0,03	0,02...0,04
Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный	I	1400...1800	1,1...1,2	0,02...0,04	0,05...0,1
Суглинок, средний и мелкий гравий, легкая глина	II	1500...1800	1,15...1,25	0,06...0,08	0,09...0,18
Глина, плотный суглинок	III	1600...1900	1,2...1,3	0,1...0,16	0,16...0,3
Тяжелая глина, сланцы, суглинок со щебнем, гравием	IV	1900...2000	1,25...1,3	0,15...0,25	0,3,..0,4
Сцементировавшийся строительный мусор, взорванная скальная порода	V	1900...2200	1,3...1,4	0,2...0,4	-

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:

Т-130 Суглинок, γ=1700 кг/м 3 4,5 1,55 ДЭТ-250 Глина, γ=1900 кг/м 3 3,64 1,23 Т-180 3,2 1,2 Т-100М 4,0 1,35 Т-220 Глина, γ=1800 кг/м 3 4,3 1,4 Т-330 4,5 1,6 Т-500 2,5 0,8 Т-4А Суглинок плотный, γ=1800 кг/м 3 3,3 1,3 Т-130 Песок влажный, γ=1800 кг/м 3 4,4 1,5 ДЭТ-250 Песок сухой, γ=1600 кг/м 3 3,5 1,2 Т-180 Суглинок, γ=1700 кг/м 3 3,3 1,3 Т-100М Глина, γ=1900 кг/м 3 3,8 1,3 Т-220 Суглинок плотный, γ=1800 кг/м 3 4,2 1,3 Т-330 Песок влажный, γ=1800 кг/м 3 4,4 1,5 Т-500 Глина, γ=1800 кг/м 3 2,4 0,8 Т-4А Суглинок плотный, γ=1800 кг/м 3 3,4 1,35 Т-130 Песок влажный, γ=1800 кг/м 3 4,35 1,45 ДЭТ-250 Плотный суглинок, γ=1900 кг/м 3 3,4 1,25 Т-180 Тяжелая глина, γ=2000 кг/м 3

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

Техническая производительность бульдозера при резании и перемещении грунта, м 3 /ч, определяется по формуле

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

Группа грунта	Тяговый бульдозера	Толщина грунта, см	Скорость, м/с, при
			резании грунта	груженом ходе	обратном ходе
I	1,4…4	18,5	0,7	1,1	2,0
	6…15	25	0,75	1,2	2,5
	25…35	35	0,76	1,0	2,1
II	1,4…4	17,5	0,65	1,0	2,0
	6…15	22	0,7	1,1	2,5
	25…35	31	0,74	0,9	2,1
III	1,4…4	12,5	0,5	0,7	2,0
	6…15	18	0,65	1,0	2,5
	25…35	27	0,72	0,8	2,1

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

Индекс	Базовый трактор			Масса, т
	марка	класс	мощность,	оборудование		машины общая
				бульдозер	рыхлитель
Б10М.0100	Т-10М	10	132	2,51	1,72	18,24
ЧЕТРА-11	Т-11.01	11	123	2,4	1,0	20,0
Т-15.01	Т-15.01	15	176	3,11	3,575	28,0
Т-20.01	Т-20.01	20	206	4,3	3,575	36
ТМ-25.01	ТМ-25.01	25	279	6,95	4,6	50,98
ДЭТ-320	ДЭТ-250М2	25	258	5,2	4,28	45,0
ДЭТ-250М 2Б1Р1	ДЭТ-250М2	25	237	6,2	3,95	41,34
Т-35.01	Т-35.01	35	353	8,95	6,12	61,55
Т-50.01	Т-50.01	50	550	12,0	12,5	95,5
Т-75.01	Т-800	75	603	16,295	11,2	106

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.

Операция	Угол установки отвала, град.
	захвата ()	резания (δ)
Зарезание грунта без предварительного рыхления	40…45	30…35
Зарезание грунта с предварительным рыхлением	30…40	35…45
Перемещение влажного грунта	40…50	30…40
Перемещение сухого грунта	35…45	35…45
Планировка верха земляного полотна	45…60	35…45
Планировка откосов	60…65	40…45

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

Машины и оборудование для уплотнения грунтов	Воздействие на грунт	Статическое Динамическое Комбинированное
	Способ уплотнения	Укатка Трамбование Вибрирование Укатка + вибрирование Вибрирование + трамбование
	Способ перемещения рабочего органа	Прицепной Самоходный Полуприцепной Навесной С помощью импульсных реактивных сил
	Вид оборудования	Катки статического действия Виброкатки Трамбовочные машины Вибротрамбовочные машины Виброплиты
	Тип вальца катка	Гладковальцовый Кулачковый Решетчатый Сегментный пневмоколесный

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

Индекс	Масса, т		Скорость, км/ч	Ширина уплотнения, м
	без балласта	с балластом
Прицепные кулачковые и решетчатые катки
ДУ-2 ЗУР-25	9,2	17,6	0-3	4
Прицепные пневмоколесные катки
ДУ-4 ДУ-39Б	5,65	25	0- 5	2,5
Полуприцепные пневмоколесные катки
ДУ-16В ДУ-74	25,4	35,9	0-40	2,6
Самоходные пневмоколесные катки
ДУ-29 ДУ-100	23	30	0-23	2,22
Самоходные вибрационные (комбинированные) катки
ДУ-52 ДУ-99	16	–	0-10,8	2,0
Прицепной вибрационный каток
А-4	3,8	–	по	1,5

При выемок и насыпей целесообразно применять бульдозерный комплект техники, если средняя дальность продольной либо поперечной возки не превышает 100 метров. Чтобы выбрать наиболее оптимальную модель спецтехники, необходимо сравнить производительность бульдозеров с разным тяговым классом и различным типом рабочего оборудования.

Наиболее перспективными являются машины на Техника на пневмоколесном ходу востребована меньше. При расчете производительности необходимо учитывать условия местности, характер работ и другие факторы.

Основные сведения о бульдозерах

Бульдозер - землеройно-транспортная машина для послойной разработки и транспортировки грунта, разработанная на базе гусеничного или пневмоколесного трактора со сменным навесным рабочим оборудованием - отвалом (плоский щит с боковыми открылками), рамой и механизмом управления.

Применяется техника с неповоротным и поворотным отвалом. В первом случае рабочее оборудование располагается перпендикулярно продольной оси, что позволяет перемещать массивы грунта только впереди машины. Производительность бульдозеров с поворотным отвалом намного выше, так как такие экземпляры способны перемещать грунт в сторону под углом в 60 градусов, что позволяет проводить грубые планировочные работы.

Механизм управления отвалом может быть канатно-блочным и гидравлическим. Второй тип управления производительнее, так как позволяет принудительно заглублять отвал в грунт.

Тяговый класс машин

С помощью бульдозеров выполняется до 40 % всех земляных работ на строительном участке. Они наиболее эффективны при средней дальности продольной и поперечной возки от 100 до 150 метров. При оборудовании машин специальными отвалами совкого типа эффективная дальность возки песчаных грунтов увеличивается до 200 метров.

Основным параметром, влияющим на производительность, является тяговый класс - усилие, с которым может толкать грунт вперед бульдозер. Технические характеристики машин влияют на объем перемещаемого земляного массива, скорость работ. Согласно этому параметру все бульдозеры делятся на три группы:

1. Легкие, тяговое усилие которых не превышает 60 кН. Они применяются во время подготовительных, сельскохозяйственных и вспомогательных работ.
2. Средние, с тяговым усилием 100-150 кН. Используются для разработки 1-3 с предварительным рыхлением.
3. Тяжелые, тяговое усилие которых превышает 250 кН. Они применяются при разработке плотных и твердых горных пород.

Бульдозеры применяются в комплексе с другими землеройными машинами. Они могут использоваться в качестве толкачей для самоходных и прицепных скреперов. Обычно в состав бульдозерного комплекта техники входит трамбующая машина и рыхлитель.

Факторы, влияющие на производительность

Рассчитывая производительность бульдозеров, необходимо учитывать физические и механические показатели разрабатываемого земляного массива, а также местные условия. К основным физико-механическим характеристикам грунта относят:

• гранулометрический состав - соотношение размеров частиц грунта по массе;
• плотность - масса грунта в единице его объема;
• пористость - количество пустот между зернами, выраженное в процентном отношении по массе;
• число пластичности - диапазон влажности, в котором грунт обладает пластичными свойствами и не переходит в текучее состояние;
• набухаемость - способность земляного массива увеличиваться в объеме при переувлажнении;
• угол внутреннего трения - сопротивляемость частиц грунта срезу.

К местным условиям, влияющим на производительность бульдозеров, относят характер рельефа и технологические особенности строительного объекта. На равнинном и прямолинейном участке с минимальной дальностью поперечной возки скорость выполнения работ намного выше, чем на холмистой местности.

Расчет производительности бульдозеров

Производительность бульдозера зависит от типа выполняемых работ. Это могут быть землеройно-транспортные либо планировочные работы. В первом случае производительность выражается в м 3 /ч, во втором - м 2 /ч. Подробнее остановимся на землеройно-транспортных работах.

Эксплуатационная производительность определяется тем объемом земляного массива, который спецтехника способна разработать и переместить за единицу времени, то есть за один час. Расчет производительности бульдозера ведется по формуле

Для расчета производительности, максимально приближенной к реальной, вводят поправочные коэффициенты:

• k y - влияние уклона земляной площадки. Во время работы на уклонах от 5-15 % значение увеличивается от 1,35 до 2,25; при разработке грунта на подъеме коэффициент уменьшается с 0,67 до 0,4;
• k в - значение, учитывающее время использования машины (k в = 0,8-0,9);
• k н - коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения (k н = 0,85-1,05).

Для расчета производительности необходимо также знать объем призмы волочения (V гр) и продолжительность рабочего цикла машины (Т ц).

Расчет объема призмы волочения

Характерной особенностью работы машины является тот факт, что ковш бульдозера перемещает грунт в так называемой форме волочения. При этом объем призмы рассчитывает по формуле

Здесь В и Н - длина и высота отвала соответственно, k н коэффициент учета потерь земли во время ее перемещения, принимается равным 0,85-1,05, k р - степень разрыхления грунта.

Продолжительность цикла

Для расчета продолжительности рабочего цикла, то есть времени, которое потратит трактор-бульдозер на разработку одного слоя грунта, необходимо уяснить, что вся длина продольной либо поперечной возки разбивается на несколько отрезков. Сама продолжительность рассчитывается по формуле

Здесь l p , l n и l o = l p +l n - длины участков резания, перемещения грунтового массива и обратного хода спецтехники, а v p , v n и v o - максимально возможные скорости на этих участках. Коэффициент t n учитывает время, которое машинист тратит на переключение передач во время работы. Обычно оно составляет 15-20 секунд.

Производительность бульдозера при клиновой схеме работы

Применение клиновой схемы набора грунта возможно только с теми машинами, которые оборудованы гидравлическим механизмом управления отвалом. Таковым, например, является бульдозер "Шантуй СД32". Отличительной особенностью этого принципа разработки грунта является тот факт, что усилие резания постепенно уменьшается по мере увеличения призмы волочения.

В начале работы все силы машины направлены на погружение отвала в грунт на максимальную глубину h max и резание земляного массива. По мере движения грунт накапливается перед бульдозером, из-за чего возрастает сопротивление движению. Для дальнейшей работы машинист должен увеличивать прикладываемое тяговое усилие либо уменьшить глубину резания.

Толщина земляной стружки

Чаще всего прибегают ко второму варианту, но в таком случае часть земли «теряется» в боковых валиках (чем плох и бульдозер "Шантуй"). Чтобы компенсировать эти потери, машина на всем пути движения должна срезать «стружку», которая рассчитывается по формуле

Здесь k п - поправка, учитывающая потери грунта во время транспортировки, k пр коэффициент призмы волочения, который берется из эксплуатационных характеристик машины, L п - длина участка, на котором происходит резания грунта. Она определяется как отношение объема призмы волочения к площади разрабатываемого участка.

Влияние типа отвала на производительность

В зависимости от характеристик грунта, а также от поставленных задач перед бульдозером целесообразно использовать определенные типы отвалов. Это сократит срок производства работ, а также увеличит эффективность спецтехники.

Сменным отвалом оборудуются любые машины, в том числе и японского производства. Среди основных видов рабочего оборудования стоит выделить:

• рекультивационный подвид, который используется для снятия верхнего плодородного слоя земли, чернозема;
• разновидность для перемещения угля и щепы - применяется при разработке полезных ископаемых, имеет полусферическую форму и гидроперископ;
• «торфяная» разновидность обладает уменьшенной высотой, но увеличенной длиной и используются для обогащения с/х полей;
• отвалы для подготовки площадки - кусторезы и корчеватели, которые оснащаются зубьями, выпускаются V-образной формы и предназначены для расчистки местности от деревьев и кустарников.

Наиболее прогрессивным (в плане возможности установки различного рабочего оборудования) является японский бульдозер "Комацу". Все модели спецтехники могут оснащаться любым из представленных отвалов, что наделяет их высокой функциональностью и делает универсальными машинами для строительного объекта.

Расчет производительности бульдозера необходимо проводить для снижения стоимости земляных работ. На основе полученных данных можно подобрать наиболее оптимальную для работы спецтехнику, сократить срок производства работ и сэкономить немало денежных средств.

Бульдозеры это техника для сложной работы, зачастую ею пользуются определенные организации, которые не покупают технику, а пользуются услугами на условиях аренды. Бульдозером можно произвести различные работы с грунтом, например вырыть траншеи, разровнять поверхность, избавиться от снега. Также отлично применяется в строительстве. В зависимости от выполняемых работ меняется производительность бульдозера, ведь на это влияет множество факторов. На производительность техники могут повлиять следующие факторы:

• Физическое состояние используемого грунта;
• Расстояние пути при транспортировке грунта;
• Тип и характеристика отвала;
• Механические показатели грунта (просадка, прочность и т. д.).

Виды бульдозеров

Для лучшей производительности рекомендуется использовать бульдозеры на гусеничном ходу, они не только хорошо проходят по сложным поверхностям, но и создают отличное сцепление для разнообразной сложности работ. Стандартно производители комплектуют бульдозеры отвалами поворотного и неповоротного типа. Поворотные модификации представлены большей производительностью, потому что имеют возможность переместить грунт под углом 60 градусов.

Так как техника предназначена для выполнения сложных работ, ее принято классифицировать по тяговому классу. Бульдозер наиболее эффективен для возки в продольном и поперечном направлении, оптимальное расстояние 100-150 метров. С совковым отвалом производительность увеличивается до 200 метров. Тяговой класс может быть следующим:

1. Легкий - тяговое усилие до 60 кН;
2. Средний класс - усилие максимум 100-150 кН;
3. Тяжелые - показатель тягового усилия до 250 кН.

При землеройно-транспортных работах производительность бульдозера в час производится в м3/ч, планировочные работы рассчитываются в м2/ч.

Бульдозер: стоимость часа

Так как бульдозер техника не из дешевых, купить ее для выполнения нескольких работ бывает достаточно затратно. Поэтому компании просто берут технику в аренду вместе с оператором, который выполнит нужные работы. Цена рассчитывается почасово, и в зависимости от сложности работы и модели бульдозера цена может существенно варьироваться. Также стоимостью часа работы интересуются те, кто желает купить технику для будущего заработка путем выполнения земельных и строительных работ.

Цена работы зависит от таких факторов:

• Модель бульдозера и его производительность;
• Масштаб и сложность работы;
• Необходимость использовать насадки и навесное оборудование;

Средняя стоимость аренды бульдозера составляет 1500 рублей за час, зачастую в эту сумму уже входит топливо и работа оператора. Если применяется дорогая новая техника, цена может возрасти до 2 000 рублей. Если поискать информацию о цене часа работы на японском бульдозере , можно найти стоимость от 3 000 рублей.

Расход топлива в час у бульдозера

Учитывая что бульдозер техника тяжелая и имеет огромный двигатель с мощностью выше 100 л.с. и огромной тягой, экономной такие машины назвать нельзя. Так как техника в основном работает на небольших участках и развивает скорость в среднем 10 км/час, расход топлива учитывается за 1 час работы. Приведем пример расхода на известном бульдозере Т-170.

Базовым двигателем для Т-170 выступает силовая установка с объемом 14,4 литра и мощностью 160 лошадок, работает от дизельного топлива и поэтому потребляет не столь много. В эксплуатации машина простая и способна выполнить самые сложные работы. В зависимости от нагрузки бульдозер потребляет от 14 до 17 литров солярки. При оптимальной нагрузке средний показатель находиться в пределах 15 литров. Конечно, многие современные фирменные модели давно модернизированы и потребляют меньше топлива.

Видео