Производительность бульдозеров. Расчет производительности бульдозера

При разработке котлованов, 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 гусеничном движителе. Техника на пневмоколесном ходу востребована меньше. При расчете производительности землеройно-транспортной машины 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 группы грунта 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 м³/ч, во втором – м²/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 бульдозер "Комацу" 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.