4.1. Бульдозеры

Бульдозер – основная машина для подготовительных работ (рис. 4.2). Он применяется для планировки местности, срезки бугров, засыпки ям и траншей, перемещения грунта на небольшие расстояния (до 100 м) и т. д. Бульдозер может быть использован для валки деревьев с корнями, корчевания пней и кустарников. В зимнее время его применяют для расчистки дорог и площадок от снега.

Бульдозер состоит из базовой машины (трактора) и специального навесного рабочего оборудования (отвала с рамой или толкающими балками).

По способу установки отвала относительно оси трактора различают бульдозеры неповоротные и универсальные (рис. 4.3).

Неповоротными называются бульдозеры, у которых отвал располагается только перпендикулярно оси трактора, универсальными – когда отвал может быть установлен как перпендикулярно оси трактора, так и под другим углом к ней, а также повернут в вертикальной плоскости под углом 5–6° (изменение угла резания).

Рабочий процесс бульдозера с неповоротным отвалом состоит из операций копания, срезания стружки, перемещения грунта перед ним и разравнивания грунта. Срезанный грунт, поднимаясь вверх по отвалу, накапливается перед ним, образуя валик, близкий по форме к треугольнику в поперечном сечении, называемый призмой волочения. При транспортировании грунта катет призмы, прилегающей к отвалу, может достигнуть его высоты. После этого отвал приподнимают, прекращая тем самым процесс резания, транспортируют срезанный ранее грунт до места разгрузки.

При разработке грунта бульдозером универсального типа срезаемый грунт будет перемещаться по ширине отвала, и отводиться в боковом, к направлению движения машины, направлении. Наиболее эффективно последняя операция совершается при установке отвала под углом к продольной оси, близким к 45⁰. Таким методом могут вестись работы при засыпке траншей, разработке выемок на косогорах, разравнивании валиков грунта и т.п.

Рис. 4.2. Бульдозер (общий вид): 1 – базовая машина; 2 – толкающая балка; 3 – отвал;

4 – система управления отвалом

Рис. 4.3. Конструкция отвала бульдозера: а – неповоротного типа; б – универсального (поворотного) типа

4.1.1. Расчет основных рабочих параметров бульдозера:

Рис. 4.4. Бульдозер Komatsu D275A–5

Таблица 4.1. Техническая характеристика бульдозера Komatsu D275A–5

Показатели	Komatsu D275A–5
Отвал: Ширина, мм Высота, мм Подъем, мм Опускание, мм	4300 1960 1450 1000
Угол, град: резчик перекоса в плане	50 5 63–90
Продолжение таблицы 4.1. Техническая характеристика бульдозера Komatsu D275A–5
Масса, кг: Бульдозерного оборудования Масса базовой машины	7507 37863
Мощность, кВт	306

Максимальное сопротивление перемещению бульдозера в момент окончания набора грунта отвалом:

, (4.8)

где P_p – сопротивление грунта резанию;

P_пр – сопротивление перемещению призмы грунта (призмы волочения) перед отвалом;

P_с – сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу;

Р_н – сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту;

Р_т – сопротивление перемещению тягача.

Сопротивление грунта резанию:

(4.9)

где k_pез – удельное сопротивление грунта резанию, принимаем k_pез = 120 кПа;

В = 4,3 м – ширина отвала (табл. 4.1);

φ – угол поворота отвала в плане, принимаем 63⁰ (табл. 4.1);

h = 0.1Н = 0,1·196 = 0,196 м – средняя толщина стружки,

где Н = 1,96 м – высота отвала (табл. 4.1).

Н. (4.10)

Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом (при угле наклона 10):

_{, (4.11)}

где – плотность грунта;

– коэф­фициент трения грунта о грунт, принимаем = 1;

Объем призмы волочения:

, (4.12)

где – угол естественного откоса грунтов (40^о) для глинистых грунтов;

– коэфф. разрыхления грунта.

; (4.13)

_.

Сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу:

_(4.14)

, (4.15)

где α – угол резания, град, α=50⁰ (табл. 4.1);

– коэфф. трения грунта о сталь.

,

Сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту:

, (4.16)

где – коэффициент несущей способности грунта ;

– ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт ;

– коэффициент трения грунта о металл,

– масса отвала и толкающих брусьев, т;

;

.

Сопротивление перемещению тягача:

, (4.17)

где М – масса базовой машины (табл. 4.1.),

f = 0,1–0,15 – коэфф. удельного сопротивления перемещению бульдозера.

.

Таким образом максимальное сопротивление перемещению:

.

Расходуемая двигателем мощность:

, (4.18)

где V_p – скорость резания ( 2 – 6 км/ч );

η = 0,75 – КПД .

Полученная необходимая мощность не превышает мощности выбранного бульдозера Komatsu D275A–5 (306 кВт), то есть бульдозер с данными техническими характеристиками целесообразно использовать для работы.

Найдем объем призмы волочения по формуле:

, (4.19)

где – определяется по формуле ;

- расстояние, на которое перемещается грунтовая призма, согласно таблице 7 [1, стр. 457];

;

;

Найдем длину пути резания грунта:

(4.20)

Продолжительность работы машины за один цикл слагается из следующих отрезков времени:

, (4.21)

где – время переключения передач ( );

– время опускания отвала ( );

– время поворота бульдозера ( );

(4.22)

.

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется по формуле:

, (4.23)

где – коэффициент использования бульдозера по времени ( );

– коэффициент, учитывающей влияние уклона местности на производительность бульдозера (табл. 2.3.2).

Таблица 4.2. Значение коэффициента

Угол подъема в град.	Ку	Угол уклона в град.	Ку
0 – 5	1,00 – 0,67	0 – 5	1,00 – 1,33
5 – 10	0,67 – 0,50	5 – 10	1,33 – 1,94
		10 – 15	1,94 – 2,25
10 - 15	0,50 – 0,40	15 - 20	2,25 – 2,68

;

Производительность бульдозера при планировочных работах (разравнивании грунта) определяется по формуле:

, (4.24)

где L – длина планируемого участка (10 км);

– величина перекрытия прохода ( );

– число проходов по одному месту ( );

– рабочая скорость движения бульдозера при резании (2 км/ч);

– время поворота бульдозера ( );

Расчет количества бульдозеров

Время на выполнение работ 30 дней, 50% времени отводится на проведение земляных подготовительных работ.

Время, требуемое для выполнения земляных работ на участке длиной 10 километров принимаем 15 дней.

Площадь участка, на котором производятся планировочные работы:

, (4.25)

где L =10000 м - длина планируемого участка, м;

L_п – ширина полосы земель несельскохозяйственного назначения, отводимых для одного подземного трубопровода (принимаем L_п =19 м схему ? 7 [1, стр. 457]).

Объем грунта, снимаемого при резании:

, (4.26)

где h – толщина срезаемого слоя грунта (0,1м)

.

Принимаем, что планировочные работы выполняются в одну смену по 12 часов. Необходимое время для выполнения работ составит:

Необходимая производительность при выполнении планировочных работ:

, (4.27)

Работы по резанию и перемещению грунта выполняются в две смены по 12 часов.

Необходимое время для выполнения работ составит:

Необходимая производительность при резании и перемещении грунта:

(4.28)

м³/ч.

Необходимое количество бульдозеров:

- при планировочных работах

(4.29)

- при резании и перемещении грунта:

(4.30)

Принимаем количество бульдозеров, равное 1 шт.

На примере предыдущих расчетов, рассчитаем основные рабочие параметры бульдозера ООО «Челябинского тракторного завода» Б10М.0001-1Е рис. 4.5.

Рис. 4.5. Бульдозер “ЧТЗ” » Б10М.0001-1Е

Таблица 4.3. Технические характеристики бульдозера ЧТЗ

Двигатель бульдозера Б10М.0001-1Е	Д180
Эксплуатационная мощность, кВт (л.с.)	132(180)
Удельный расход топлива при эксплуатационной мощности, г/кВт х ч	218
Эксплуатационная масса (кг)
Базового трактора	15 475
Трактора с бульдозерным оборудованием типа Е и жестким прицепным устройством	18 425
Среднее удельное давление на грунт, МПа	0.054
Максимальное тяговое усилие (не менее), кН	151.8 (15.5)
Прод олжение таблицы 4.3. Технические характеристики бульдозера ЧТЗ
Габаритные размеры
Длина, мм		4825
Ширина, мм		3230
Высота, мм		3145
Колея, мм		2282
База, мм		3225
Основные размеры и параметры бульдозерного оборудования
Объем призмы волочения , куб.м		5,3
Продолжение таблицы 4.3. Технические характеристики бульдозера ЧТЗ
Ширина отвала, мм		4260
Высота отвала, мм		1350
Максимальный подъем, мм		1220
Максимальное заглубление, мм		470
Регулировка угла резания, град		10°
Масса, кг		2870
Габаритные размеры трактора с бульдозерным оборудованием
Высота, мм		3145
Длина, мм		6255
Ширина, мм		4260
Масса, кг		19560

Необходимое количество бульдозеров марки ООО «Челябинского тракторного завода» Б10М.0001-1Е при планировочных работах, а также резании и перемещении грунта – 1 шт.

Сравнение и обоснование выбора бульдозеров.

Рис.4.6. Стоимость капитальных затрат бульдозеров

Рис. 4.7. Стоимость эксплуатационных затрат бульдозеров

Рис. 4.8. Мощность бульдозеров

Рис. 4.9. Сравнение количества требуемой техники для выполнения работ

Проанализировав данные гистограммы, по таким параметрам как: эксплуатационные и капитальные затраты, мощность и приняв тот факт что на выполнение работ достаточно по одному бульдозеру, можно сделать вывод, что бульдозер Komatsu D275A–5 не рационален по сравнению с ЧТД Б10М.0001-1Е.