1.1.
Назначение и основные характеристики бульдозера Б-170
Бульдозеры предназначены для перемещения больших объемов грунта на короткие расстояния; послойной разработки грунта с его перемещением на расстояние до 300 м; возведения и чернового профилирования грунтовых насыпей; разравнивания грунта, отсыпанного в бурты и валы; чернового выравнивания и планировки поверхностей; копания и обратной засыпки траншей; толкания скреперов при загрузке. На бульдозеры приходиться более 40% всех объемов земляных работ в стране. Бульдозеры послойно разрабатывают и перемещают немерзлые грунты I, II, III и частично IV групп без предварительного рыхления; IV, V, VI, VII групп и мерзлые грунты I-IV групп- с предварительным рыхлением.
Бульдозер состоит из базового трактора и бульдозерного оборудования, содержащего в себе отвал, толкающую раму или толкающие брусья, элементы крепления оборудования к трактору, агрегаты гидропривода. Для обеспечения быстродействия навесной системы и эффективного внедрения отвала в грунт используют мощный гидропривод, потребляющий 30-40% мощности двигателя, с рабочим давлением до 20 МПа. Привод оснащен гидрораспределителем с одной из секций четырехпозиционного типа, обеспечивающим наряду с подъемом-опусканием «плавающее» положение отвала при планировочных работах.
Привязочные устройства бульдозерного оборудования предусматривают силовую облицовку передней части трактора (бронированный лист) для крепления гидроцилиндров и шарниров реактивных тяг механизма компенсации перекоса (на мощных тракторах), а также опоры упряжных шарниров на гусеничных тележках - для крепления толкающих брусьев или рам.
Трактор (бульдозер) Б-170, его модификации и комплектации тягового класса 10 принадлежат к числу гусеничных промышленных тракторов общего назначения, предназначенных для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом со средней температурой из абсолютных годовых минимумов не ниже минус 45°С (для тракторов с электростартерной системой пуска - до минус 15°С), в районах с тропическим климатом.
Рисунок 1. Бульдозер Б-170
Навесное бульдозерное оборудование состоит из отвала с ножами; толкающей рамы с подкосами, к которым крепится отвал; привода, обеспечивающего подъем и опускание отвала во время работы, а в отдельных моделях бульдозеров также и изменение положения отвала в плане.
Эффективность работы бульдозера в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово-сцепных свойств.
В зависимости от мощности и конструкции бульдозеры могут работать на различных грунтах: от болотистых и песчаных до разборных, взорванных или разрыхленных пород и руд. Экономически выгодная дальность перемещения грунта бульдозером зависит от класса базового трактора, вида и прочности грунта и эксплуатационных условий.
По номинальной тяговой силе и мощности двигателей различают бульдозеры малогабаритные с силой тяги до 25 кН и мощностью до 45 кВт, легкие – 25-135 кН и 45-120 кВт, средние – 135-200 кН и 120-150 кВт, тяжелые 200-300 кН и 150-225 кВт и сверхтяжелые - более 300 кН и 225 кВт.
Область применения бульдозеров может характеризоваться отношением тягового усилия к длине режущей кромки и возможного (по опрокидыванию) вертикального усилия к опорной площадке ножей. Использование гидравлически управляемого из кабины механизма перекоса обеспечивает повышение этих показателей.
При выполнении земляных работ бульдозерами выполняются следующие операции: зарезание и набор грунта перед отвалом бульдозера, перемещение грунта, разгрузка и укладка грунта, холостой ход и возвращение к месту зарезания. Перечисленные операции составляют полный цикл работы этого типа машин.
Разработка грунта бульдозером начинается с операций зарезания и набора грунта. Для эффективной работы бульдозера тяговое усилие трактора, на котором смонтировано бульдозерное оборудование, должно быть переменным, близким к максимальному, которое сначала расходуется на зарезание и снятие стружки, а затем на перемещение призмы волочения грунта отвалом. Начинать зарезание следует при максимальном заглублении отвала h, уменьшая это заглубление по мере образования перед отвалом достаточного количества грунта.
При разработке тяжелого грунта сопротивления резанию могут быть настолько значительными, что из-за снижения числа оборотов двигателя трактора потребуется выглубление отвала даже при недостаточном наборе грунта перед ним. В этом случае следует повторить заглубление отвала, как только двигатель трактора наберет нормальные обороты, причем повторение может быть многократным.
Для уменьшения потерь грунта отвал бульдозера часто оборудуют открылками, которые позволяют значительно увеличить объем грунта, перемещаемого перед отвалом за один цикл, а это дает возможность примерно в 1,25 – 1,5 раза повысить производительность бульдозера. Применение козырьков исключает возможность пересыпания грунта через верх отвала. К недостаткам бульдозеров, отвалы которых оборудованы открылками и другими уширителями, относится уменьшение их маневренности.
1.2. Классификация отвалов бульдозера
Отвал представляет собой сварную конструкцию, состоящую из лобового листа криволинейного очертания, козырька, нижней и верхней коробок жесткости, вертикальных ребер жесткости и боковых стенок. У бульдозеров с поворотным отвалом (рис.1.2.1.1) тыльная часть отвалов в средней их части снабжена шаровым гнездом для соединения отвала с олкающей рамой, имеющей шаровую пяту.
Рисунок 2. Отвал бульдозера
1– вертикальная связь; 2 – козырек; 3 – крышка; 4 – гнездо; 5, 7 – крайние ножи; 6 – средний нож; 8 – уголок верхней коробки жесткости; 9 – проушина; 10 – пальцы крепления раскоса и толкателя; 11 – лобовой лист; 12 – нижняя коробка жесткости
Лобовой лист сварен из двух продольных частей, одна, нижняя, имеет плоское очертание, другая, верхняя – криволинейное очертание. Торцы отвалов у большинства бульдозеров закрыты боковыми щеками, к которым приварены вертикальные ножи. На щеках предусмотрены отверстия для крепления уширителей отвала. В большинстве случаев верхняя часть отвалов снабжается козырьком, препятствующим потере перемещаемого грунта через отвал. Нижняя сварная коробка, к которой крепится нижняя сварная часть отвала, в поперечном сечении имеет вид трехгранной призмы. Верхняя коробка также сварная, к которой крепится верхняя часть отвала, представляет собой балку квадратного сечения.
К нижнему листу отвала болтами с потайными головками крепятся ножи – один средний и два боковых. Ножи имеют двустороннюю заточку, главным образом боковые, для того, чтобы при затуплении их можно было переставлять.
Соединение отвала с толкающей рамой осуществляется посредством шарового гнезда, шаровой пяты и запорной пластины.
Простота конструкции отвальных рабочих органов, высокая производительность машин, оборудованных отвалом, при наибольших дальностях транспортирования грунта, простота технического обслуживания, монтажа и демонтажа, низкая себестоимость работ и возможность использования на различных земляных работах обусловили их широкое применение в народном хозяйстве
Параметры отвала находятся из следующих условий. Рациональное значение длины В (м) и высоты Н (м) поворотного отвала устанавливается в зависимости:
L = (1.2 – 1.4) 
;
Н = (0.4 – 0.45) ,
где т – масса бульдозера в тоннах.
Длина отвала должна перекрывать наиболее выступающие в стороны элементы толкающей рамы не менее чем на 100 мм с каждой стороны.
L = (1.2 – 1.4)
= 3.8 – 4.5 м.
Н = (0.4 – 0.45) 
= 1– 1.85 м.
Отвал бульдозеров рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через верхнюю кромку при динамических толчках, на подъемах и в случаях, если процесс движения стружки по отвальной поверхности нарушается.
Высота козырька по вертикали составляет (0.1 – 0.25) Н = 0.3 м. козырек при основном положении отвала устанавливается вертикально.
Общая высота отвала с козырьком должна быть такой, чтобы в транспортном положении обеспечивались видимость пространства перед бульдозером и требуемый угол въезда.
Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала:
qг = Tnб / B,
Где Тнб –номинальное тяговое усилие бульдозера кН;
В – длина ножей отвала, м.
qг = 100 / 4.1 =24 кН.
Вертикальное давление на режущей кромке ножа отвала:
Qв = 2500 кПа.
По удельному напорному усилию и вертикальному давлению на режущей кромке ножей бульдозера судят о возможности разработки грунтов различной прочности. Проектируемый бульдозер способен разрабатывать грунт категории III. К основным параметрам профиля отвала относят:
Н – высота отвала без козырька (расстояние по вертикали между режущей кромкой среднего ножа и верхней кромкой отвальной поверхности);
а – угол резания при основной установке отвала;
β – угол опрокидывания при основной установке отвала;
ε – угол наклона при основной установке отвала.
Экспериментально доказано целесообразность создание отвалов с постоянным радиусом кривизны.
Радиус кривизны определяется зависимостью:
R = (0,8 … O,9)H = 0,96 м.
Основные параметры профиля отвальной поверхности для отвала проектируемого бульдозера
отвал – поворотный угол
§ резания – 55°
§ наклона отвала – 75°
§ опрокидывания – 70°
§ радиус кривой части поверхности – 0,96 м.
Задний угол θ отвала имеет большее значение для работ с резкими изменениями уклона поверхности, по которой движется бульдозер (рытье каналов, траншей, штабелирование). При этом необходимо обеспечить условие:
θ – a ≥ 20о.
Для бульдозеров с гидравлическим управлением значение угла θ следует увязать со скоростью опускания режущей кромки при заглублении отвала:
θ ≥ arctg (ν3 / ν),
где ν3 – скорость опускания кромки при заглублении отвала, км/ч;
ν – скорость движения бульдозера на основной рабочей передачи, км/ч.
θ ≥ arctg (1,4 / 4) = 25о.
Традиционная конструкция бульдозерного оборудования с поворотным отвалом предусматривает соединение отвала U-образной толкающей рамы, охватывающей гусеничные тележки снаружи, сферическим шарниром, расположенным в центре задней стенки отвала. Боковые края задней стенки отвала крепятся к толкающей раме подкосами и раскосами. Подкос крепится к корпусу раскоса либо они сходятся к общему шарниру. Поворот отвала в плане производится перестановкой шарниров крепления раскосов и подкосов в три расположенных друг за другом гнезда, специально для этого предусмотренных на толкающей раме. Когда подкосы с раскосами установлены в средние гнезда, отвал перпендикулярен направлению движения бульдозера. Штоки гидроцилиндров подъема/опускания шарнирно соединены с толкающей рамой, а их корпуса - с рамой тягача.
Прямой отвал или отвал для общих бульдозерных работ (рис.) используется практически на любых работах. Наиболее эффективен при разработке грунтов нормальной и повышенной прочности. Имеет наибольшие значения удельной мощности и тяги на режущей кромке, быстро заглубляется в грунт и быстро наполняется. Может работать с перекосом в поперечной плоскости, что увеличивает его универсальность и эффективность на прочных грунтах.
Рисунок.Прямой бульдозерный отвал общего назначения:
1 – боковой нож; 2 – правая боковая щека; 3 – лобовой лист; 4 – левая боковая щека; 5 – угловой нож; 6 – сменные ножи режущей кромки
Прямой отвал- буфер (рис.) устанавливается на бульдозеры, толкающие скреперы для улучшения заполнения их ковшей. Усиленная дополнительным листом лобовая часть отвала прикрыта реновой подушкой, амортизирующей удары о буферное устройство скрепера. Относительно небольшая длина отвала исключает возможность повреждения пневмоколес скрепера его угловыми ножами и делает бульдозер более маневренным при
работе в стесненных условиях. В перерывах между загрузками скреперов бульдозер с таким отвалом используется для подготовки и зачистки карьера и общих бульдозерных работ. Благодаря повышенной прочности и большей удельной мощности на режущей кромке может приняться при разработке тяжелых грунтов, но при перемещении грунта малоэффективен из-за низкой накопительной способности.
Рисунок. Прямой отвал-буфер для бульдозера-толкача:
1 – боковой нож; 2 – боковая косынка; 3 – лист усиления с резиновой подушкой; 4 – лобовой лист; 5 – сменные ножи режущей кромки; 6 – угловой нож
Поворотный отвал (рис.) монтируется на базовой машине с помощью универсальной или С-образной рамы, благодаря чему может поворачиваться на угол до 250 в плане от прямого положения. Используется для укладки грунта в боковые валки при пионерном профилировании дорог, нарезке и обратной засыпки траншей. Из-за большой длины отличается меньшей жесткостью и низкой удельной мощностью, поэтому не рекомендуется для тяжелых работ и скальных грунтов.
Рисунок.Поворотный бульдозерный отвал: 1 - лобовой лист; 2 - боковой нож; 3 - угловой нож; 4 – сменные ножи режущей кромки
Отвальная поверхность сферического или универсального отвала (рис.1.4) состоит из одной центральной и двух боковых секций с цилиндрической поверхностью. Центральная секция занимает не более 40% площади отвала, а края боковых секций, расположенных в плане под тупым углом к центральной, выступают вперед на 20…40% расстояния между их краями. Сферический отвал обладает
хорошей накопительной способностью, поэтому он применяется для перемещения больших масс г
рунта на значительные расстояния, планировки больших площадей, штабелирования сыпучих материалов, загрузки бункеров с эстакады. Отвал малоэффективен при копании грунтов 2- ой категории и выше, так как из-за длинной режущей кромки плохо заглубляется.
Рисунок. Сферический (универсальный) отвал:
1 – центральная секция лобового листа; 2 – боковая секция лобового листа; 3 – боковая косынка; 4 – угловой нож; 5 – сменные ножи режущей кромки
Полусферический (полууниверсальный) отвал (рис.) отличается от сферического соотношением размеров элементов. Центральная секция занимает 40% и более площади отвала, а края боковых секций выступают вперед не более, чем на 20% расстояния между их краями. Боковые секции с краев закрыты боковыми косынками с вертикальными ножами. Косынки повышают его накопительную способность, а ножи облегчают нарезку траншей и позволяют работать с перекосом. По накопительной способности и прочности разрабатываемых грунтов полусферический отвал занимает промежуточное положение между прямым и сферическим.
Рисунок.Полусферический (полууниверсальный) отвал:
1 – боковая косынка; 2 – центральная секция лобового листа; 3 – боковая секция лобового листа; 4 – боковой нож; 6 – сменные ножи режущей кромки
К числу специальных относятся сферические отвалы увеличенной на 50…100% вместимости (рис.) для легких материалов.
Поворотные отвалы, применяемые как вспомогательное рабочее оборудование на машинах иного назначения, обычно устанавливают с постоянным углом захвата (углом наклона режущей кромки к направлению движения машины), жестко закрепляя на подъемной раме.
Бульдозеры с поворотным отвалом, выполняющие планировочные работы, а также очистку поверхностей от строительного мусора, снега и т. п., работают в непрерывном режиме. Отделенный от массива грунт (или другие материалы) перемещается по отвалу вверх и в сторону его наклона в плане по винтовым траекториям 1.. При этом призма волочения, увлекаемая потоками грунта, непрерывно перемещается в сторону наклона отвала (направление 2) за его край и укладывается в виде валика параллельно с направлением призмы волочения на поворотном движения машины. Такое взаимодействие рабочего органа с грунтом, которое приводит к сдвигу грунта вдоль режущей кромки, называют косым резанием. При косом резании возникают дополнительные сопротивления перемещению грунта вдоль отвала.
Рисунок.Схема формирования волочения на поворотном в плане отвале
Благодаря универсальной толкающей раме можно применять различные виды отвалы, что позволяет использовать данный бульдозер в обширной области. Так как большая часть работ производимых дорожно-строительными машинами происходит с грунтами I - III категории целесообразно принять отвал общего назначения
Меняя при установке положение отвала, можно уменьшить или увеличить усилие резания, соответственно увеличить или уменьшить скорость рабочего хода машины, а также в известных пределах и мощность ее двигателя. Положение отвала бульдозера определяется углами: резания; положения отвала в плане; наклона отвала.
Угол резания грунта g – угол между передней гранью отвала и плоскостью резания, которая у бульдозеров совпадает с плоскостью движения режущей кромки ножей. При разработке легких грунтов отвал следует устанавливать с углом резания g = 60-65°, а при разработке тяжелых грунтов g = 52-57°. Для изменения угла резания g бульдозеры оборудованы устройствами (механическими или гидравлическими), посредством которых меняют положение отвала. У бульдозеров с механическим приводом для изменения угла g предусмотрены регулировочные винты на раскосах или специальная планка с отверстиями, а также особая конструкция опорных шарниров толкающих брусьев, обеспечивающих зазор в их соединениях: у бульдозеров с гидравлическим приводом – отдельно установленные гидроцилиндры.
Угол положения отвала в плане a – угол между осью движения бульдозера и плоскостью отвала. Изменение положения отвала в плане может быть обеспечено только в бульдозерах с поворотным отвалом (в универсальных бульдозерах – путем его перестановки при остановке машины). В бульдозерах с канатно-блочным, механическим приводами перестановка выполняется вручную с закреплением штырями подкосов бульдозерного оборудования на основной толкающей раме бульдозера; в бульдозерах с гидравлическим приводом – посредством гидроцилиндров из кабины машиниста.
Угол положения отвала в плане должен соответствовать характеру выполняемых работ. Рекомендуются следующие значения угла a: при перемещении грунта — 90°; при разравнивании грунта — 120°; при засыпке траншей, канав и др. — 135°.
Угол наклона отвала j – угол между плоскостью движения кромки ножей отвала и плоскостью движения бульдозера. В большинстве случаев наклон отвала является нежелательным, так как возникающее неравномерное распределение усилий резания неблагоприятно отражается на управляемости бульдозера (машину уводит в сторону) и его техническом состоянии. В отдельных случаях (работа на косогорах и т. п.) наклон отвала является необходимым. Принимаются следующие углы наклона отвала: на тяжелых, а также связных грунтах 4 – 8°; при работе на косогорах и неровностях – 4°.
2015-07-04
4346
