Выемочно-транспортные машины. Бульдозер

 

 

Содержание:

 

1. Выемочно-транспортирующие машины. (ВТМ) Назначение, классификация и область применения……………………………………………………………………..2
2. Бульдозеры. Общие сведения…………………………………………………………..3
3. Конструктивные особенности неповоротных и поворотных бульдозеров…………7
4. Геометрические параметры бульдозерного отвала…………………………………..9
5. Расчёт основных параметров отвала бульдозера……………………………………11
6. Тяговый расчет………………………………………………………………………….13
7. Расчет мощности привода базовой машины………………………………………….15
8. Расчет производительности бульдозера………………………………………………16
9. Расчет на прочность…………………………………………………………………….17
10. Расчет на прочность бульдозерного оборудования…………………………………18
11. Список используемой литературы…………………………………………………….26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выемочно-транспортирующие машины. (ВТМ).

Назначение, классификация  и область применения.

Выемочно-транспортирующими  машинами (ВТМ) называются такие , которые  одновременно с отделением ( или  после отделения) горной породы от  массива перемещают (транспортируют) её, причём движение рабочего органа в  этот период осуществляется перемещением всей машины, как правило, за счёт развиваемого ею тягового усилия или реже – с  помощью тягачей или толкателя.

Разработка  пород выемочно-транспортирующими  машинами осуществляется слоями толщиной от нескольких сантиметров (бульдозеры, скреперы, грейдеры, фронтальные погрузчики и т.д.) до 2-х метров (рыхлители), что  наилучшим образом отвечает условиям применения этих машин на карьерах со сложноструктурными и многокомпонентными полезными ископаемыми.

ВТМ  можно разделить на два основных типа: ножевые (бульдозеры, рыхлители, струги, грейдеры) и ковшовые (скреперы, погрузочные машины).

Бульдозерные  отвалы, погрузочное оборудование и  оборудование рыхлителей выполняются  в виде либо навесного, либо полуприцепного оборудования к базовым гусеничным и колёсным тягачам (тракторам), а  также специальным пневмоколёсным шасси.

Бульдозеры, скреперы, и грейдеры-элеваторы относятся  к группе ВТМ, предназначенных для  выполнения различных видов земляных работ с преобладанием выполнения транспортирующих функций. Им присваивается  буквенный индекс ДЗ. Рыхлителям, относящимся  к машинам для подготовительных работ, присваивается буквенный  индекс ДП, погрузчикам как технологическому виду оборудования – индекс ТО. Далее  у ВТМ через дефис указывается  номер модели оборудования, а буквенные  индексы после номера характеризуют: А, Б, В – модернизации или измененные конструктивные размеры; С и ХЛ –  климатическое исполнение (северное).

Бульдозеры  предназначены для послойной  разработки пород категории I-IV без предварительного рыхления и перемещения на расстояние до 5-150м. Скальные породы могут ими послойно разрабатываться после предварительного рыхления.

Бульдозеры  – толкачи применяют для совместной работы со скреперами и другими землеройными машинами.

БУЛЬДОЗЕРЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

                     Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Основные типы бульдозерных отвалов приведены на рис. 1.

Рис. 1. Основные типы бульдозерных отвалов: 1 - прямой поворотный; 2 - прямой неповоротный; 3 - полусферический; 4 - сферический; 5 – сферический для  сыпучих материалов; 6 - с толкающей плитой

Гусеничный  бульдозер с гидравлическим управлением: 1 - бульдозерный отвал; 2 - раздвоенная  силовая трансмиссия; 3 - система  охлаждения; 4 - рама рыхлителя; 5 - зуб  рыхлителя; 6 - муфта включения боковой  передачи; 7 - опорная ось рам гусеничных тележек; 8 - дизельный двигатель; 9 - толкающая рама; 10 - гидроцилиндр управления отвалом.

                   Главный параметр бульдозеров - тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяются для послойной разработки и перемещения грунтов I-IV категорий, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разравнивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев и строительного мусора и т. п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокими производительностью, мобильностью и универсальностью.

                   Бульдозеры классифицируют по назначению, тяговому классу и типу ходового устройства базовых машин, конструкции рабочего органа и типу системы управления отвалом.

                   По назначению различают бульдозеры общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ в различных грунтовых и климатических условиях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях. К последним относятся бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры. В зависимости от тягового класса базовых машин бульдозеры разделяют на малогабаритные (класс до 0,9), легкие (классов 1,4...4), средние (классов 6... 15), тяжелые (классов 25...35) и сверхтяжелые (класса свыше 35). По типу ходового устройства бульдозеры разделяются на гусеничные и пневмоколесные. По конструкции рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным в плане отвалом, постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины, и с поворотным отвалом, который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53° в обе стороны к продольной оси машины. По типу системы управления отвалом различают бульдозеры с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато-фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание - под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем, и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

                   Рабочий цикл бульдозера (рис.2) следующий: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6...10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60..80 м для гусеничных бульдозеров и 100... 140 м для пневмоколесных машин.

Рис. 2. Схемы  работы бульдозера при разработке грунтов: а - резание; б - транспортирование с  подрезанием; в - отсыпка; г - откат назад (холостой ход)

                  Преимущественное распространение получили гусеничные бульдозеры, обладающие высокими тяговыми усилиями и проходимостью. Чем выше тяговый класс машины, тем больший объем земляных работ она способна выполнять и разрабатывать более прочные грунты.

 

Рис. 3. Схемы  устройств и основные параметры  бульдозеров: а - с поворотным отвалом; б - с неповоротным отвалом; в - поперечный перекос отвала

                      Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.

                      Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отвалами.

Конструктивные особенности  неповоротных и поворотных бульдозеров.

                     У бульдозера с неповоротным отвалом (рис. 4) отвал 1 крепится посредством универсальных шарниров 8 к толкающему устройству в виде двух брусьев 7 коробчатого сечения, задние концы которых соединены с помощью упряжных шарниров 8 с балками 5 ходового устройства базового трактора 4. Шарниры позволяют толкающим брусьям поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях при перекосе отвала.                                 Подъем и опускание отвала осуществляются с помощью двух гидроцилиндров двойного действия 3, штоки которых шарнирно прикреплены к отвалу через кронштейны. Отвал в рабочем положении удерживают гидрораскос 2 и винтовой жесткий раскос 10, которые установлены в плоскостях соответственно левого и правого толкающих брусьев. Нагрузка между толкающими брусьями равномерно распределяется механизмом 9 компенсации перекоса, обеспечивающим устойчивость отвала в горизонтальной плоскости.

Рис. 4. Бульдозер  с неповоротным отвалом

                    Гидрораскос осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости путем поворота его на угол до + 12° и представляет собой гидроцилиндр двойного действия с гидрозамком, который включен в гидросистему трактора. Винтовой раскос служит для механического изменения угла резания ножей.

                     У поворотного бульдозера (рис. 5) отвал 1 монтируется на универсальной толкающей раме 7, охватывающей снаружи трактор 4 и состоящей из двух жестко соединенных между собой полурам прямоугольного сечения. Рама крепится к ходовым тележкам трактора с помощью упряжных шарниров 5. На раме вместо отвала может быть установлено различное сменное оборудование с гидравлическим управлением - кусторез, древовал, корчеватель-собиратель, плужный снегоочиститель и др. Поворотный отвал соединен с толкающей рамой посредством центрального шарового шарнира 10 и двух боковых толкателей 8 с винтовыми раскосами 2, обеспечивающими различное положение отвала относительно рамы. При одинаковом изменении длины раскосов от среднего положения регулируют угол резания ножей. Угол поперечного перекоса отвала в вертикальной плоскости регулируется путем изменения межцентрового расстояния проушин раскосов.

 

Рис. 5. Бульдозер  с поворотным отвалом

                     Отвал может быть установлен в плане под углом в обе стороны от продольной оси машины и под прямым углом к ней. Для установки отвала в три положения (прямое, правое и левое) на верхней полке каждой полурамы установлены по три опорных кронштейна 6, в которых шарнирно крепятся толкатели. На скошенной части полурам установлены кронштейны 9 для крепления гидроцилиндров 3 подъема-опускания отвала. У некоторых моделей бульдозеров изменение угла поворота отвала в плане и регулировка угла перекоса отвала осуществляются с помощью гидроцилиндров.

 

Геометрические  параметры бульдозерного отвала.

К главным  геометрическим параметрам бульдозерного  отвала относятся: высота Н (м); высота с козырьком Нк (м); радиус Rк (м) кривизны, обычно равный Н; угол между горизонталью и касательной к верхней кромке отвала βₒ =70÷75⁰ ; высота прямого участка отвала α (обычно равная высоте ножа); угол постановки козырька β_к (градус); углы резания δ и задний α ( угол δ должен быть больше 50^° с тем, что бы угол α был не менее 30°); угол наклона отвала ɛ_о. От последнего в значительной мере зависит форма призмы волочения.

Длина отвала L(м) должна быть больше ширины машины не менее чем на 0,1 м с каждой стороны при максимальном повороте отвала в плане на угол φ = 10÷15°. В среднем принимается L= 2,8÷H, а для неповоротного отвала L=2,3 H.

Высота  отвала наиболее существенно влияет на тяговое усилие бульдозера. Для  бульдозеров общего назначения ВНИИ стройдормаш рекомендует определять H(м) по зависимости

 

где К –  коэффициент, равный 0,5 для неповоротных и 0,45 для поворотных отвалов; Т –  номинальное тяговое усилие, кН.

По номинальному тяговому усилию (мощности) базового трактора бульдозеры подразделяются на четыре класса: сверхмощные с номинальным  тяговым усилием свыше 400 кН (мощность привода более 370 кВт), мощные от 200 до 400 кН (185-370 кВт), средней мощности от 135 до 200 кН (120-185 кВт) и малой от 25 до 135 кН (50- 120 кВт).

Главный параметр бульдозера – номинальное тяговое усилие трактора или тягача – определяется из выражения

Т = Gφ

где G – сцепной вес бульдозера, кН; (φ – коэффициент использования силы веса базовой машины с навесным оборудованием по сцеплению.

  Основные параметры бульдозера:

• эксплуатационная масса бульдозера ᶆ_Б (т), равная сумме масс эксплуатационной базовой машины (трактора)  ᶆ_бт и навесного бульдозерного оборудования ᶆ_бо (последняя составляет 15-25% от ᶆ_бт);
• скорости рабочего и обратного ходов. Первая обычно составляет 2-4 км/ч, вторая может достигать 19 км/ч для гусеничных и 10 км/ч и более для колёсных машин:
• среднее давление ходовой части на грунт

р_б = g ᶆ_б/S₀,

где S_о – опорная площадь гусеницы, м² :

• положение центра давления, т.е. точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунтового основания на ходовую часть, определяемое по расчётным схемам;
• удельное горизонтальное усилие р_г (кН/м) и вертикальное давление р_в (МПа) на режущей кромке ножа, характеризующие возможность разработки пород различной крепости:

              р_г = Т_нт/L; р_в = р_{а max}/ F_н ,

где р_{а max} – наибольшее возможное вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала по условиям опрокидывания базовой машины относительно задних колёс (точек опоры), МН; F_н - опорная площадь режущей кромки ножа с учётом её затупления, м² .

Значения  удельных горизонтальных усилий р_г и вертикальных давлений р_в для различных категорий пород приведены ниже.

 

Категория породы………………………           I           II           III           IV