ВходПроизводительность бульдозера т 170 м3 час. Производительность бульдозера и способы ее повышения. Бульдозеры зарубежных производителей
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
На базовой машине, гусеничном тракторе 3 (рис. 1.1), может быть установлено бульдозерное 1 и рыхлительное 5 оборудование. Для изменения положения навесного рабочего оборудования служат гидроцилиндры 2, 4.
Рис. 1.1. Навесное оборудование бульдозера и рыхлителя
на гусеничном тракторе
Производительность бульдозера, м 3 /ч, при разработке и перемещении грунта определяется по формуле
, (1.1)
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 1-0,005L;
– дальность перемещения грунта, м;
– 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, м;
– скорость 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 время 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. 1.1) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.
Таблица 1.1
Основные параметры гусеничных тракторов
| Модель | 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 3,42– 4,28 | 2,14–10,6 1,76–5,86 | 3,47; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52 4,69; 5,47; 6,34; 7,04 | 2,36; 3,78; 4,51; 6,45; 10,15 2,79; 4,46; 5,34; 7,61 | 3,7; 4,4; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,27; 12,2 3,56; 4,96; 7,14; 9,9 | |
| 3075 1740 2273 | 4475 1952 2568 | 4313 2460 3059 | |||
| Масса трактора, т |
Окончание табл. 1.1
| Модель | ДТ-75 | Т-75 | Т-4А | Т-100М | Т-130 |
| Марка двигателя | Д-180 | В-30 В | ДВ-220 | 8ДВТ-330 | 12ДВТ-500 |
| Мощность двигателя, кВт | |||||
| Тяговый класс | |||||
| Скорость движения, км/ч: вперед назад | 2,86; 5,06; 6,9; 9,46; 13,09 3,21– 8,19 | Рабочая 2,3–15 Транспортная 3,5–24,5 То же | 0–17.6 0–14.6 | 0–16.4 0–13.7 | 0–16,2 0–13,5 |
| Габариты, мм: длина ширина высота | |||||
| Масса трактора, т | 13,2 |
Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером,
где – сопротивление грунта резанию (табл.1.2);
,
(1.3)
где – длина отвала, м;
– угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;
с – толщина срезаемого слоя, м;
– коэффициент сопротивления грунта резанию для бульдозеров;
– сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала;
,
(1.4)
где – угол естественного откоса грунта (
);
– плотность грунта;
– ускорение свободного падения;
– коэффициент трения грунта по грунту ( = 0,4–0,8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов);
Таблица 1.2
Значение удельных сопротивлений грунта резанию, МПа
| Наименование грунта | Категория | Объемная масса в плотном теле, кг/м 3 | Коэффициент раз- рыхления | 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 |
| Сцементиро-завшийся строительный мусор, взорванная скальная порода | V | 1900–2200 | 1,3–1,4 | 0,2–0,4 | –. |
Уклон пути;
– сопротивление трению грунта по отвалу
, (1.5)
где –угол резания (
);
– коэффициент трения грунта по стали ( = 0,7–0,8 для глины, = 0,5 –0,6 – для суглинка и супеси, =0,35–0,5 -для песка);
– сопротивление движению бульдозера с трактором;
, (1.6)
где – вес бульдозера с трактором;
– удельное сопротивление движению (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Удельное сопротивление движению
Машины находятся в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и общего сопротивления передвижению.
Производительность бульдозеров при планировочных работах, м 2 /ч,
,
(1.7)
где – скорость движения бульдозера, км/ч;
– длина отвала, м;
– угол установки отвала в плане по отношению к продольной оси трактора;
– коэффициент, учитывающий перекрытие следов ( =0,8–0,85);
– число слоев планирования.
Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м 3 /ч,
,
(1.8)
где – скорость движения рыхлителя, км/ч;
– глубина рыхления, м;
–
ширина рыхления одним зубом ( 
),
причем большие значения соответствуют материалам слоистой структуры с горизонтальным расположением слоев;
– число зубьев;
– коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости ( = 0,7–0,8);
– коэффициент, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта ( = 0,6–0,8, причем меньшие значения соответствуют грунтам, образующим крупный скол, глыбы);
– число проходов по одному резу;
– число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки грунта к транспортированию.
Пример 1.1.
Определить производительность бульдозера при разработке грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала
=3,2 м, высота отвала = 1,3 м. Масса трактора с навесным оборудованием =17280 кг. Разрабатываемый грунт – плотный суглинок = 1700 кг/м 3 . Место работы – горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора
= 90°;
– КПД трансмиссии.
Решение. Тяговое усилие, развиваемое трактором, =118 кВт (160 л.с.), =0,8 при скорости движения V=3,7 км/ч =1,03 м/с.
Сила тяги по сцеплению 
.При движении бульдозера по плотному грунту =0,9.
Условие движения без буксования > > .
Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке при =40 , 
и 
по формуле (1.4)
Сопротивление от трения грунта по отвалу по формуле (1.5).
Сопротивление движению бульдозера по формуле (1.6)
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 (1.3)
.
Для разрабатываемого грунта – плотного суглинка =0,14 МПа (по табл.1.2).
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
.
Средняя толщина срезаемого слоя
.
Объем грунта в призме волочения
.
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
– длина участка;
– скорость движения машины.
Продолжительность набора грунта
.
Продолжительность транспортирования грунта
.
Продолжительность движения задним ходом
.
Дополнительное время на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t 4 = 30 с. Продолжительность цикла
цикла.
Коэффициент, учитывающий потери грунта,
Производительность бульдозера по формуле (1.1)
Пример 1.2.
Определить сменную производительность рыхлителя, подготавливающего грунт для дальнейшей его разработки бульдозером, и время работы бульдозера. Разрабатываемый грунт – глинистые сланцы. Число слоев рыхления 
, число проходов по одному резу 
. Базовая машина – трактор Т-100М, число рыхлительных зубьев =3, глубина рыхления =300 мм. Толщина разрабатываемого слоя h=1 м. Форма участка – квадрат. Дальность транспортирования грунта бульдозером L –
длина стороны участка. Длина пути набора грунта бульдозером = 12 м. Размеры отвала =3,97 м, h =1 м.
Решение.
Скорость трактора =2,36 км/ч. Ширина полосы рыхления 
,для сланцев 
м.
Производительность рыхления по формуле (1.8)
Скорость бульдозера V=2,36 км/ч =0,66 м/с.
Время набора грунта бульдозером
Сменная производительность рыхлителя при коэффициенте использования машины в течение смены 
.
При толщине разрабатываемого слоя грунта H=1 м, площадь разрабатываемого участка
.
Длина стороны участка .
Время перемещения грунта на второй скорости трактора
.
Время возвращения бульдозера задним ходом
Дополнительные затраты времени 
.
Продолжительность цикла
Число циклов за один час работы
.
Коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании,
Производительность бульдозера
Для перемещения разрыхленного грунта потребуется
.
Скреперы
Скреперы – самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта (рис.1.2).
Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций (рис.1.3). Ковш опускается на грунт, врезается в него под действием силы трактора (тягача) или собственного двигателя и снимает слой грунта (I). Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение (II) и перемещается к месту выгрузки, которая осуществляется также на ходу путем выталкивания грунта подвижной задней стенкой ковша или путем наклона его днища, а в некоторых моделях – опрокидыванием ковша (III).
Производительность скреперов (м 3 /ч) определяют по формуле
,
(1.9)
где 
– число циклов за 1 ч работы;
– коэффициент наполнения ковша грунтом ( =0,8– 1,2);
– коэффициент разрыхления грунта ( =1,1 –1,3);
– продолжительность цикла, с;
,
(1.10)
где 
–
соответственно время набора грунта, груженого хода, разгрузки, холостого хода, с;
– продолжительность поворота, переключения передач скоростей и другие затраты времени.
| е |
| д |
| г |
| в |
| б |
| а |
Рис. 1.2. Общий вид самоходного скрепера:
а – самоходный скрепер;
б, в, г, д – схемы соединения с тягачом;
е – скрепер с принудительной загрузкой ковша
скребковым элеватором
Рис.1.3. Цикл работы скрепера
Продолжительность каждого элемента цикла
,
(1.11)
где – длина соответствующего участка, м;
– скорость движения скрепера на этом участке, м/с.
Длина участка набора грунта
,
(1.12)
где – геометрическая вместимость ковша скрепера, м 3 ;
– ширина срезаемой полосы, м;
с – толщина срезаемого слоя грунта, м.
Набор грунта скрепером производится на участках длиной 12–30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5–15 м. Скорость движения скрепера зависит от возникающих сопротивлений грунтов и мощности трактора.
Наибольшее усилие, потребное для перемещения скрепера, возникает во время набора грунта. Это усилие определяется по формуле
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
|
Уклон или подъем, град. |
Мощность двигателя, кВт |
||
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.
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:
- Легкий - тяговое усилие до 60 кН;
- Средний класс - усилие максимум 100-150 кН;
- 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
где а, в, h — геометрические размеры призмы волочения грунта перед отвалом, м (определяются замером в натуре); n — число циклов за час работы, определяемое из выражения:
l
1 — длина пути зарезания для набора необходимого объёма грунта перед отвалом, м (принимается от 6 до 8 м); Ъ — длина перемещения грунта к месту его отсыпки и обратного хода, м; v t v , v 3 — скорости перемещения бульдозера в процессе зарезания грунта, перемещения его к месту отсыпки и обратного хода машины, м/с; t - время, затрачиваемое на переключение передач, опускание и подъём отвала, с (принимается 20-30 с); t - время на разгрузку отвала при отсыпке грунта, с; Кн — коэффициент наполнения геометрического объёма призмы волочения грунта перед отвалом, который принимается: для отвалов без открылок -0,9, для отвалов с открылками — 1,2; Кп — коэффициент потерь грунта при транспортировании его к месту отсыпки, зависящий от дальности перемещения, принимается Кп = l:0,05; Ka — коэффициент использования рабочего времени, принимается 0,85 — 0,90; Кр коэффициент разрыхления грунта, принимается 1,05:1,35; Кукл — коэффициент, учитывающий работу бульдозера под уклон ипи на подъём; при работе под уклон от 0 до 7° Кукл = 1,0:2,0, при работе на подъём от Кукл = 1,0:0,5
Производительность бульдозеров зависит главным образом от использования рабочего времени, что указывает на необходимость стремиться к сокращению простоев, в том числе на технические обслуживания и ремонты, добиваясь высокого коэффициента технической их готовности.
В процессе работы следует добиваться наиболее рациональных способов перемещения (транспортирования грунта), сокращая продолжительность производственного цикла (зарезание грунта, набор его перед отвалом, перемещение к месту укладки, обратный ход), максимально используя возможные скорости машины, а также совмещая операции рабочего цикла: подъём отвала с разгрузкой грунта, опускание отвала с переключением передач и началом движения бульдозера.
Бульдозеры в основном применяют в комплекте с другими машинами: с экскаваторами - для различных планировочных работ (планировка основания котлованов, разравнивания грунта, планировка откосов) ; со скреперами - на планировке основания дорог и т. п. Самостоятельное применение бульдозеры находят на вскрышных, планировочных и зачистных работах.
В настоящее время идет процесс увеличения единичной мощности дорожно-строительных машин, в том числе и бульдозеров. Так, в связи с выпуском Чебоксарским заводом дорожных машин промышленных тракторов Т-220 и Т-330 мощностью 220 и 330 кВт, относящихся по тяговым показателям к классам 25 - 35, промышленность приступила к выпуску бульдозеров с базовыми тракторами указанных марок. На базе трактора Т-330 изготовляются две модели бульдозеров-рыхлителей Д3-59хл с рыхлительным оборудованием ДП-10с и Д3-124хл с рыхлительным оборудованием ДП-29хл (см. табл. 3.4).
Производительность указанных моделей бульдозеров-рыхлителей в 3-4 раза превышает производительность бульдозеров на базовых тракторах классов 6-15.
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 бульдозерньгх работ. С этим связано также и увеличение мощности и давления гидропривода управления рабочим органом бульдозера: требуемая мощность гидропривода составляет в среднем 50 % 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 двигателя 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 и 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 подъём резко сокращает их производительность. Так, при работе на подъём при 15 производительность не превышает 65 % производительности на горизонтальных участках, принятой за 100 %, а при работе на подъём до 30° производительность не будет превышать 35-40 %.
Для повышения производительности бульдозеров каждый машинист должен всемерно сокращать время в отдельных операциях цикла, при зарезании и наборе грунта перед отвалом, при транспортировании грунта к месту его отсыпки (избегая при этом потерь грунта) и при возвращении машины в забой.
Резервами повышения производительности бульдозеров являются уменьшение потерь скоростей рабочего и обратного ходов, увеличение скоростей до возможных для работы значений, уменьшение потерь на маневрирования и остановки в конце рабочих и обратных ходов.
К мероприятиям, повышающим эффективность использования бульдозеров, относится также применение ножей отвала из износостойких сплавов. Так, если в среднем ножи бульдозера при разработке грунтов II и III групп должны меняться через 720-960 ч, а при разработке грунтов IV группы через 480-720 ч, то ножи, изготовленные из износостойких сплавов (с наплавкой твердосплавных материалов), могут меняться через 1500-2000 ч,. т. е. срок службы последних в 2 раза выше, чем первых.
В современных конструкциях бульдозеров обеспечивается возможность увеличивать перекос отвала до 6-12°, чем значительно улучшаются эксплуатационные их показатели (особенно планирующие свойства), соответственно увеличивается и их производительность.
Для более эффективного использования бульдозеров и повышения их производительности промышленность приступила к выпуску машин (в основном на базе гусеничных тракторов Т-130.1.Г-1), которые оснащаются устройством для изменения положения отвала в плане в зависимости от вида и технологии земляных работ. Причем изменение положения отвала обеспечивается машинистом посредством гидпропривода базовой машины, не выходя из кабины трактора.
В ранее применявшихся конструкциях бульдозеров изменение положения отвала в плане выполнялось бульдозеристом вручную, на что затрачивалось (на одну перестановку) не менее 30 мин. Машина при этом простаивала, не выполняя прямых работ, что снижало ее производительность. Применение бульдозеров с указанным выше устройством показало, что при разработке грунтов I-III групп производительность этих машин в среднем на 25 % выше в сравнении с машинами с ручной перестановкой отвала.
На производительность бульдозеров значительное влияние оказывают выбранная форма отвала и принятые угловые его значения. Так, при недостаточной высоте отвала грунт в процессе копания и перемещения пересыпается за его верхнюю кромку, поэтому для устранения потерь грунта, а соответственно и уменьшения производительности бульдозеров отвалы их снабжаются козырьками. При малых значениях угла резания требуется меньше усилий на отделение грунта от основного массива, но затрудняется внедрение ножа отвала в грунт. Угол наклона положения отвала оказывает влияние как на затраты усилий при копании, так и на набор грунта перед отвалом. При меньших значениях этого угла требуется меньше усилий, но при малых углах наклона наблюдается пересыпание грунта через отвал. Кривизна отвальной поверхности также влияет на затраты усилий при копании и наборе грунта перед отвалом; при значительной крутизне отвала требуется больше усилий.
Опытными данными для каждой группы грунтов определены оптимальные углы и другие значения отвала. В среднем указанные значения принимаются: угол резания 45-55°; угол наклона отвала 75°; радиус кривизны отвала - внизу 0,8 H и вверху 1,1 H (высота отвала H принимается в зависимости от мощности базовой машины бульдозера).
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:
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?