Коэффициенты наполнения и разрыхления

0,6...0,7 0,7...0,9 1,10...1,75 1,1...1,2 1,0...1,1 1,0...1,1

1,1 1,1...1,2 1,30...1,35 1,2... 1,4 1,2...1,3 1,5...1,7

Сухой песок

Песок влажностью 12... 15%

Чернозем и подзол влажностью 12... 15%

Супеси и суглинки оптимальной влажности

Сухая глина

Дресва

АВТОГРЕЙДЕРЫ

Автогрейдер предназначен для окончательного выравнивания поверхностей перед укладкой покрытия или другими строитель­ными процедурами, разработки и перемещения грунтов и переме­шивания материалов на начальных стадиях подготовки строитель­ных площадок, ремонта, профилирования и выравнивания повер­хности грунтовых и щебеночно-гравийных дорог общего и специ­ального назначения, профилирования откосов насыпей и выемок, прокладки и очистки водосточных канав и кюветов, разрушения прочных грунтов и твердых покрытий, очистки дорожного полот­на от снега, снегового наката и льда.

Автогрейдер - самоходная, пневмоколесная, обычно трехосная, машина (рис. 5.38) с невысоким длинным отвалом (длина больше высоты в 5... 7 раз), расположенным между передней и средней осью

Составляющие рабочего цикла скрепера с загрузкой тягой рас­считываются по уравнениям:

~у (5.15)

(5.16)

*< ~

(5.17) 126

Рис. 5.38. Автогрейдер с рыхлителем

машины. Грейдерный отвал - основной, но не единственный рабо­чий орган машины. Как правило, автогрейдер оборудуется еще од. ним постоянным рабочим органом: бульдозерным отвалом, устанав­ливаемым перед машиной, кирковщиком, размещаемым перед пере­дними колесами, сразу за ними (рис. 5.39) или за грейдерным отва­лом, или рыхлителем, устанавливаемым сзади машины (см. рис. 5.38) Дополнительный рабочий орган выполняет вспомогательные рабо­чие операции, призванные обеспечить бесперебойную работу грей­дерного отвала и сократить непроизводительные простои машины. Подвеска грейдерного отвала допускает его вращение вокруг трех ортогональных осей (рис. 5.40) и поступательное перемещение вдоль собственной продольной оси. Таким образом, отвал может вращать­ся в горизонтальной плоскости на 360 ° в любом направлении, ста­новиться вертикально справа или слева от автогрейдера (рис. 5.41), выдвигаться вправо или влево от машины более чем на треть сво-

Рис. 5.39. Автогрейдер с кирковщиком, установленным между колесами передней оси и грейдерным отвалом:

а - вид сбоку; 6 - вид спереди

И длины и поворачиваться ⁵оКрУ^г собственной режущей кромки- Вращением вокруг оси /меняется угол резания, вок­руг оси Y-угол зарезания, вок-

руг

оси Z - угол захвата. Пере-

Рис. 5.40. Степени свободы грейдерного отвала: вращение вокруг оси Х- изменение угла ре­зания; вращение вокруг оси Y - изменение угла зарезания; вращение вокруг оси Z -изменение угла захвата; смещение dX вдоль оси X - выдвижение отвала относительно поворотного круга в сторону

решаясь вдоль оси X, отвал выдвигается вправо или влево _от автогрейдера.

Грейдерный отвал - часть узла, основой которого являет­ся тяговая рама автогрейдера. Это А-образная (рис. 5.42) или Т-образная (рис. 5.43) в плане металлоконструкция, сварен­ная из балок коробчатого сече­ния и соединенная с основной

рамой (рис. 5.44) тяговым шарниром, расположенным над осью передних колес (рис. 5.45). Тяговый шарнир позволяет тяговой раме отклоняться во все стороны и вращаться вокруг собствен­ной продольной оси. К тяговой раме крепятся фиксаторы, удер­живающие поворотный круг. Между поворотным кругом и тяго­вой рамой устанавливаются антифрикционные накладки.

К серповидным стойкам поворотного круга шарнирно прикрепле­ны боковые кронштейны (рис. 5.47, 5.48) с отвалом, удерживаемые гидроцилиндрами наклона отва­ла или болтами, которые заменя­ют направляющие при измене­нии угла резания вручную. Верх­няя и нижняя кромки задней пли­ты отвала входят в пазы в боко­вых кронштейнах так, что отвал может скользить'относительно кронштейнов под действием гид-Роцилиндра, установленного вдоль задней стенки отвала.

Поворотный круг вместе с
отвалом может вращаться отно­
сительно тяговой рамы гидро-
Мотором или гидроцилиндром.
Кроме тягового шарнира тяго­
тя рама поддерживается еще
Двумя гидроцилиндрами подъе­
в/опускания отвала (левым и
Равьщ) и гидроцилиндром вы- Рис. 5.41. Грейдерный отвал в вертикалъ-
°^са тяговой рамы в сторону. ном положении

⁵ иь

^Це«опало1>

4 5

„

Рис. 5.42. Узлы подвески грейдерного отвала:

/ - стойки поворотного круга; 2 - зубчатое колесо с внутренним зацеплением; 3 - анти­фрикционные накладки (плоские крепятся к тяговой раме, уголковые - к поворотному кругу); 4 - А-образная тяговая рама; 5 - тяговый шарнир; 6 - поворотный круг

Рис. 5.43. Узлы подвески грейдерного отвала:

I - гидроцилиндры подъема/опускания отвала; 2 - гидроцилиндры, вращающие пово­ротный круг, двигаясь в противофазах; 3 - поворотный круг и зубчатое колесо с внешни** зацеплением; 4 - гидроцилиндр выноса тяговой рамы в сторону; J - тяговая

Рис. 5.44. Основная рама автогрейдера:

/ - задняя связь, повышающая жесткость рамы; 2 - подмоторная рама; 3 - арка рамы, воспринимающая изгибающие и крутящие усилия; 4 - хребтовая балка; 5 - оголовок

рамы, к которому крепится тяговый шарнир

i

На виде спереди (или сзади) гидроцилиндры подъема/опуска­ния отвала выглядят как два стержня, на которых покачивается задний конец тяговой рамы с поворотным кругом и отвалом. Же­сткость этому рычажному параллелограмму придает гидроци­линдр выноса тяговой рамы, образующий его диагональ (рис. 5.49). Приведение отвала в любое доступное положение облегча­ется, если гидроцилиндры подъема/опускания отвала и гидроци­линдр выноса тяговой рамы крепятся к скобе (рис. 5.50), способной вращаться вокруг хребтовой балки машины. Это происходит под действи­ем гидроцилиндра выноса тя­говой рамы, когда отвал опи­рается на грунт, а механизм фиксации скобы разблоки­рован.

*арнирно-сочлененной Ра-JЈi в современных автогреи- qjt с ИСПОЛЬЗуеТСЯ ГИДрО • иъемный привод. В качестве

Для привода основного и вспомогательного рабочего °°орудования, поворота уп­равляемых колес и «излома»

_{45 Соединение тяговой и основной рам автогрейдера:}

_ _{тяговая} рама; 2 - фланец крепления шарнира; 3 - оголовок основной рамы

I,-

Рис. 5.46. Прокладка дороги по снежной целине лобовым двухотвалышм плугом

ходовой трансмиссии наиболее часто применяется гидромехани­ческий привод с гидротрансформатором и планетарной коробкой передач.

Особенности компоновки движителя автогрейдера отражаются его колесной формулой, состоящей из трех цифр, разделенных ко­сым крестом. Первая цифра соответствует числу управляемых колес одного борта (т. е. левых или правых), вторая - числу ведущих колес одного борта, третья - общему числу колес одного борта. Наиболее популярна сегодня компоновка движителя автогрейдера с колесной формулой 1x2x3, которая означает, что с одного борта машины расположены три колеса, в том числе одно - управляемое и два -

ведущих. Также выпуска­ются (или выпускались ра­нее) машины с движителем 1x2x2, 2x2x2, 1x3x3.

У трехосных автогрей­деров ступицы средних и задних колес одного бор­та монтируются на разне-сенных вторичных валах бортового редуктора (зуб­чатого или цепного), со­единенного с рамой авто­грейдера подшипниковым

Рис. 5.47. Крепление отвала к поворотному кругу - вид сзади: 1 - отвал; 2 - задняя плита отвала; 3 - гидроцилиндр выдвижения отвала; 4 - боковой кронштейн; 5 -фиксирующий болт; 6 - стойка поворотного круга

узлом. Колодочные рабо-'

^{чие т}°Р^моза монтируются ^На Ступицах КОЛСС. Совре-МСННЫС МНОГОДИСКОВЫС МаСЛОПОГруЖНЫС рабочие

Рис. 5.48. Механизм крепления грейдер­ного отвала: / — сменные ножи; 2 - лобовая поверхность отвала; 3 - гидроцилиндр выдвижения от­вала в сторону; 4 - гидроцилиндр наклона отвала; 5 - направляющая бокового крон­штейна; 6 - боковой кронштейн; 7 - ось крепления бокового кронштейна к стойке поворотного круга; 8 - задняя плита отвала; 9 - коробка жесткости

тормоза (рис. 5.51) устанавли­ваются между шестерней или звездочкой редуктора и ступи­цей колеса. Редуктор в сборе с колесами называется балансир-ной тележкой. Благодаря под­шипниковому соединению ба-лансирной тележки с рамой опорная нагрузка на ее колеса распределяется равномерно, что обеспечивает им одинако­вые тяговые усилия, а автогрей­деру - повышение планирую­щей способности, так как при наезде на препятствие средне­го или заднего колеса отвал приподнимется только на часть высоты этого препятствия. Роль первичного вала бортово­го редуктора играет полуось заднего моста, ось которой со­впадает с осью подшипниково­го узла, соединяющего редук­тор и раму автогрейдера.

Задний мост большинства

современных автогрейдеров оснащается блокируемыми дифферен­циалами или дифференциалами повышенного трения. Их исполь-

Рис. 5.49. Подвеска тяговой рамы к раме автогрейдера: 1 - гидроцилиндры подъема/пускания отвала; 2 - гидроцилиндр выноса тяговой рамы

в сторону

Рис. 5.51. Многодисковый маслопогружен-ный тормоз, встроенный в колесную сту­пицу балансирноЙ тележки автогрейдера: 1 - пакет ведущих И ведомых дисков тормоза; 2 - полуось; 3 - звездочка цепного редуктора

Рис. 5 50 КрепЛ^ение гидроцилиндров подъема/опускания отвала и выноса

тяговой рамы к скобе, вращающейся вокруг хребтовой балки автогрейдера:

/ - хребтовая балка; 2 - механизм фиксации скобы; 3 - вращающаяся скоба

зование обеспЈ^чивает равномерное распределение крутящего мо­мента между разными бортами автогрейдера, повышая тем самым проходимость ^в сложных грунтовых условиях, а в транспортном

режиме сохраняет хорошую управляемость, снижает рас­ход горючего и износ протек­тора покрышек.

Передние управляемые ко­леса могут наклоняться впра­во или влево от вертикали на угол до 20 °, что улучшает кур­совую устойчивость машины при боковых и внецентровых нагрузках. Наклон передних колес также осуществляется гидроцилиндрами. На веду­щие передние колеса крутя­щий момент с переднего мос­та передается с помощью шар­ниров равных угловых скоро­стей (в случае механической и гидромеханической трансмис-

сии), обеспечивающих поворот и наклон колес. Передняя ось (или мост), а с ней и передние колеса могут отклоняться относительно рамы автогрейдера до 35 °, что выравнивает их давление на опор­ную поверхность и развиваемую ведущими колесами силу тяги.

•-,... .-.""-, •" -..' ''•• "V "-•'•; • •"-'..•

Высокая планирующая способность автогрейдера, обусловлен­ная длинной колесной базой, сопряжена с плохой маневренностью машины из-за большого радиуса поворота. Поэтому значительная часть современного парка автогрейдеров изготавливается с шар-нирно-сочлененной рамой, а некоторые модели машин выпуска­ются в двух вариантах: с моноблочной и шарнирно-сочлененной рамой. Шарнирно-сочлененная рама улучшает маневренность ма­шин и позволяет расширить перечень технологических приемов ра­ботой с боковым смещением передних колес и отвала (рис. 5.52).

Рис. 5.52. Технологические приемы, доступные благодаря шарнирно-сочлененной раме:

а - отделка поверхности (благодаря сдви­гу передних колес все колеса идут по вы­ровненной поверхности); б - работа на откосе: сдвиг наклоненных передних колес под уклон повышает устойчивость маши­ны; в - профилирование откоса: движение задних колес по горизонтальной поверх­ности повышает точность профилирования; г - копание прочных грунтов: размещение зарезающего конца отвала по продольной оси машины уменьшает усилия, разворачива­ющие машину, и повышает ее силу тяги; д - засыпка выемки: перекатывание передних колес по дну выемки предотвращает боковой увод и повышает точность отделки, так как задние колеса двигаются по ровной поверхности

При этом повышается курсовая устойчивость машины и предотвра­щается прохождение задних колес по отделанной поверхности.

В автогрейдерах шарнирное сочленение, как правило, соединя­ет хребтовую балку, к которой крепится передняя ось, тяговая рама, отвал и гидроцилиндры управления ими, и моторную раму, на ко­торой размещаются двигатель, трансмиссия, кабина и органы уп­равления. Поворот хребтовой балки относительно моторной рамы на угол до ±30° обеспечивается двумя гидроцилиндрами.

У автогрейдера система управления «изломом» рамы не являет­ся следящей, так как не участвует в маневрировании машины. Она используется только при необходимости уменьшения радиуса по­ворота или при движении «крабом» (т. е. с боковым смещением пе­редних колес относительно балансирной тележки), поэтому ее ра­бота не синхронизирована с поворотом передних колес.

Практически все современные автогрейдеры оборудуются ав­томатическими системами управления, основной функцией кото­рых является сохранение заданной ориентации грейдерного отва­ла в пространстве. Положение грейдерного отвала, заданное в на­чале движения машины, должно сохраняться независимо от коле­баний автогрейдера.

Реальные автоматические системы профилирования обеспечи­вают ровность в пределах допусков, предписываемых строитель­ными нормами и правилами. Для создания независимой системы координат грейдерного отвала могут использоваться маятнико­вые, копирныё (проволочные и лазерные) и гироскопические задат-чики.

Эффективность автоматической системы профилирования оп­ределяется соотношением ее цены и производительности автогрей­дера, получаемой с ее помощью.

Таблица 5.6 Технические характеристики отечественных грейдеров и автогрейдеров

Марка	Масса, т	Колесная формула	Мощность , кВт	Длина отвала, мм
ДЗ-201	6,3	1x1x2	56,6
ДЗ-176	5,7	1x1x2	56,6
гп	5,4	Полуприцеп	—
ДЗ-80	8,0	1x1x3	57,4
ДЗ-180	13,5	1x1x3
А- 120	14,2	1x2x3	- 100
ДЗ-122	14,6	1x1x3
ДЗ-200	15,0	1x1x3
ДЗ-98В.1	19,5	1x3x3

В качестве сменного оборудования к автогрейдерам поставляются уширители грейдерных отвалов, бульдозерные отвалы, задние и бо­ковые подгребающие отвалы, снежные фронтальные и боковые плу­ги, кирковщики, рыхлители, подметальные щетки, задненавесные эк­скаваторы, оборудование фронтального погрузчика (см. рис. 5.46).

Технические возможности автогрейдера характеризуются общей и сцепной массой машины (для колесной формулы 1x3x3 сцепная масса равна общей), мощностью двигателя при номинальных обо­ротах и его максимальным крутящим моментом, габаритными раз­мерами, углами излома шарнирно-сочлененной рамы, наклона пе­редних колес и качания передней оси, расстоянием между передним и задним мостами (база машины), базой балансирной тележки, раз­мерами отвала (табл. 5.6).

Способ расчета производительности автогрейдера зависит от вида выполняемых им работ. Наиболее универсальной является формула, объединяющая три основных вида работ, выполняемых автогрейдером (зарезание, перемещение, отделка). Она позволяет при необходимости рассчитать производительность на любом из перечисленных видов работы или их сочетании. Для того чтобы исключить из расчета ненужный вид работ, достаточно приравнять нулю число проходов, необходимых для его выполнения.

Производительность автогрейдера можно рассчитать по фор­мулам:

U = ——^L*^F™^k» — _; ' (5.19)

F k' -* Hac"riei

п,

«!=•

стр

/OTBcosy

(5.20) (5.21) (5.22)

[Де L₃ - длина захватки, заданная проектом (как правило, 30... 1000 м); F_mc - половина площади поперечного сечения насы-заданная проектом; k_B - коэффициент использования времени лены; п/ - число проходов при зарезании (г = 1), перемещении (г = 2)

а отделке (/ = 3); U_t - скорости зарезания (г = 1), перемещения (г = 2) [ отделки (/' = 3); /_ман - время маневрирования в течение одного про-.ода (30... 90 с); А:'_пер, fc"_ep, k'^_ep - коэффициенты перекрытия прохо-

I

дов соответственно при зарезании (1,7), перемещении (1,15) и от­делке (1,1); fctp - площадь поперечного сечения вырезаемой струж­ки; /_цт - расстояние между центрами тяжести кювета и половиной сечения насыпи; и_отд - число отделочных проходов по одному ме­сту, необходимое для достижения заданной ровности (в зависи­мости от квалификации машиниста и совершенства автоматики п_тл = 2... 4; В_шс - ширина насыпи по верху; /_отв - длина грейдерно­го отвала; у" и у'" - углы захвата грейдерного отвала при переме­щении и отделке (у" = 35... 50°, у'" = 60... 70°).

Одноковшовые строительные экскаваторы

Полноповоротные

Неполноповоротные

По движителю По массе По оборудованию Сменные Несменные

	о
	Я
	S
Гусеничные	Пневмоколе

и
	«
ю	о
я	ю
сдвигом	сдвига в
о	со 0>
о	W

5.5. ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ

Одноковшовые строительные экскаваторы - универсальные ма­шины, используемые при копании грунтов до VI категории проч­ности, разборке слабой и взорванной скальной породы. Они при­меняются для выемки из забоя и погрузке в транспорт отвалов сы­пучих и крупнокусковых материалов, разрушения старых соору­жений, расчистки территорий при пробивке трасс, расчистки ме­лиоративных и водоотводных канав, отрывке больших котлова­нов и протяженных траншей, сооружении грунтовых насыпей, строи­тельстве тоннелей и мостовых переходов и на других работах.

Разнообразие сфер применения экскаваторов предопределило большое число вариантов их исполнения, а также типов использу­емого рабочего оборудования. В строительстве наиболее широко применяются машины массой до 40 т с гидрообъемным приводом рабочего оборудования, которые обычно и относят к группе стро­ительных экскаваторов. Признаки, приведенные на классификаци­онной схеме (рис. 5.53), не исчерпывают всего многообразия кон­струкций и типов машин, но дают общее представление о типаже, сложившемся в настоящее время.

Полноповоротный экскаватор (рис. 5.54, 5.55) состоит из пово­ротной платформы, которая через опорно-поворотное устройство опирается на раму ходового оборудования. На поворотной плат­форме установлены двигатель, примыкающая к нему часть ходо­вой трансмиссии, кабина, системы управления, рабочее оборудо­вание и его силовой привод. Рама ходового оборудования экска­ватора, его движитель и ходовая трансмиссия вместе образуют шасси машины. Конструкция опорно-поворотного устройства обес­печивает вращение поворотной платформы в любую сторону и на любое число оборотов.

Неполноповоротные экскаваторы (рис. 5.56) представляют собой малоразмерное экскаваторное оборудование, навешенное на базо­вую машину. Сменное оборудование навешивается на базовую машину и демонтируется по мере необходимости, а несменное яв­ляется основным и используется постоянно.

аторы	Л ft ю	я	и И
и cd	и ft	с п	о ч		s
о И S S	Обычные	Прямая л	Обратная	Щ •е-1	Разрушит

Рис. 5.53. Классификация одноковшовых строительных экскаваторов

В большинстве случаев базовой машиной для несменного экс-I каваторного оборудования является колесный трактор, к задней В части рамы которого крепится стрела с рукоятью, ковшом, испол­нительными гидроцилиндрами и дополнительными механизмами. В этом случае угол поворота экскаваторного оборудования огра-

• ничей конструкцией базовой машины и не превышает 180°. Пово-
$ рот экскаваторного оборудования относительно вертикальной оси
•', обычно осуществляется гидроцилиндром, пятка которого закреп-

• лена на раме машины, а шток - на поворотной колонке. Она мо­
жет быть неподвижной, а может смещаться вбок по специальным

I направляющим (рис. 5.57), вынося ось отрываемой траншеи к ко-В лее правого или левого заднего колеса. Такая возможность осо­бенно удобна при выполнении земляных работ, выполняемых вплотную к бордюрам, стенам и т.п.

Неполноповоротные экскаваторы используются при относи­тельно небольших сосредоточенных объемах земляных и погрузоч-I ных работ, сопряженных с частыми перебросками машин между | объектами и работой в стесненных условиях. Такие условия харак­терны при обслуживании и ремонте тепловых, водопроводных, газовых, электрических, дренажных и коммуникационных сетей, а также озеленении, благоустройстве и содержании городских тер-' риторий. Сменное неполноповоротное экскаваторное оборудова-. ние изготавливается ограниченными партиями, так как использу­ется достаточно редко из-за стоимости, трудоемкости монтажа и

Рис. 5.54. Гусеничный одноковшовый полноповоротный экскаватор

демонтажа и необходимости хранения вблизи от базовой машины. Чаще всего оно выпускается для мини-погрузчиков с бортовым по­воротом (рис. 5.58), а также для телескопических погрузчиков и автогрейдеров.

Полноповоротные экскаваторы монтируются на гусеничном или пневмоколесном шасси. Количество моделей гусеничных экскава­торов намного больше, чем пневмокодесных, что отражает соот­ношение между различными условиями эксплуатации.

Гусеничный движитель лучше приспособлен к грунтам с малой несущей способностью и обеспечивает экскаватору лучшую устой­чивость к опрокидыванию и протаскиванию, повышенную прохо­димость по неровной местности и на слабых грунтах, большую ма­невренность в стесненных условиях и меньшую стоимость. Но пере­базировка гусеничных машин требует больших затрат времени, при-

влечения специальных транспортных средств и соблюдения правил перевозки, оговариваемых транспортным законодательством.

Пневмоколесные машины более эффективны при частых пере­бросках машин между объектами и эксплуатации их на твердых поверхностях, выдерживающих достаточно высокое удельное дав­ление, что наиболее характерно для городов.

Пневмоколесный движитель обеспечивает экскаватору более высокие транспортные скорости, меньшую массу шасси, меньший объем работ по обслуживанию, сохранность твердых и улучшен­ных покрытий дорог, меньший шум при передвижении. Колесные машины - это, как правило, варианты гусеничных прототипов, смонтированные на пневмоколесном шасси. Масса пневмоколес-ных строительных экскаваторов обычно не превышает 22 т, по­скольку габариты более тяжелых машин лишают их главного пре­имущества - мобильности. Эластичность пневмоколес обуславли­вает обязательное использование на пневмоколесном экскаваторе выносных опор, а также бульдозерного отвала (рис. 5.59), исполь­зуемого и по прямому назначению, и как опора и противовес.

Колесно-рельсовый, комбинированный и плавучий движители применяются в ситуациях, когда ни гусеничный, ни пневмоколес-ный движитель не подходят по условиям эксплуатации.

ГОСТ 30067-93 «Экскаваторы одноковшовые универсальные гидравлические» регламентирует разделение экскаваторов на раз­мерные группы по массе, вместимости ковша и мощности двигате­ля (табл. 5.7).

Рис. 5.55. Пневмоколесный одноковшовый полноповоротный экскаватор