Дорожно-строительные машины. Машины для земляных работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Детали машин, путевые и строительные машины»
В. А. ДОВГЯЛО, Д. И. БОЧКАРЕВ
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Часть I МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальностям «Автомобильные дороги», «Техническая эксплуатация погрузочно-разгрузочных, путевых, дорожно-строительных машин и оборудования»
Гомель 2010
УДК 625.08 (075.8) ББК 39.311-06-5 Д58
Рецензенты: зав. кафедрой «Тракторы» Белорусского национального
технического университета доктор технических наук, профессор В. П. Бойков;
кафедра «Строительные, дорожные, подъемнотранспортные машины и оборудование» Белорусско-Российского университета (зав. кафедрой кандидат технических наук, доцент И. В. Лесковец)
Довгяло, В. А.
Д58 Дорожно-строительные машины. В 2 ч. Ч. I. Машины для земляных работ : учеб. пособие / В. А. Довгяло, Д. И. Бочкарев; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус, гос. ун-т трансп. - Гомель : БелГУТ, 2010. - 250 с.
ISBN 978-985-468-741-4 (ч. I)
Рассмотрены современные машины и комплексы машин для земляных работ. Представлены общие сведения о дорожных машинах, эволюция развития их конструкций, основные характеристики, используемые при проектировании и эксплуатации. Приведены сведения о конструкциях приводов и передач, применяемых в дорожной технике, ходовых устройствах и системах управления. Изложены основные сведения о грунтах и теоретические основы взаимодействия с ними рабочих органов машин. Рассмотрены конструкции, рабочие органы, узлы и агрегаты машин для земляных работ (бульдозеров, рыхлителей, кусторезов, корчевателей, скреперов, автогрейдеров, одноковшовых и многоковшовых экскаваторов), а также машин для уплотнения дорожно-строительных материалов. Для каяодого типа машин даны расчетные схемы и методики определения основных параметров. В отдельном разделе изложены основные направления развития дорожных и строительных машин.
Предназначено для студентов специальностей 1-37 02 03 «Техническая эксплуатация погрузочно-разгрузочных, путевых, дорожно-строительных машин и оборудования» и 1-70 03 01 «Автомобильные дороги» дневной и заочной форм обучения, а также специалистов дорожно-строительного комплекса.
УДК 625.08 (075.8) ББК 39.311-06-5
© Довгяло В. А., Бочкарев Д. И., 2010 © Оформление. УО «БелГУТ», 2010
ISBN 978-985-468-740-7 ISBN 978-985-468-741-4 (ч. I)
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение..................................................................................................................................................................................4 1    Общие сведения о дорожно-строительных машинах..................................................................7 2    Основные характеристики машин................................................................................................................9 3    Приводы машин............................................................................................................................................................13 3.1    Приводы с ДВС..................................................................................................................................................17 3.2    Приводы с комбинированной силовой установкой............................................................19 3.2.1    ДВС - электрогенератор - электродвигатель (электропривод)................19 3.2.2    ДВС - гидронасос - гидродвигатель (гидравлический привод)..............21 3.2.3    ДВС - компрессор - пневмодвигатель (пневматический привод)....    24 3.3    Трансмиссии..........................................................................................................................................................26 3.4    Системы управления......................................................................................................................................37 4    Ходовые системы........................................................................................................................................................44 4.1    Гусеничные ходовые системы..............................................................................................................46 4.2    Пневмоколесные ходовые системы..................................................................................................51 4.3    Комбинированные ходовые системы..............................................................................................54 5    Тяговые расчеты..........................................................................................................................................................59 6    Классификация машин д ля земляных работ......................................................................................69 7    Основные сведения о грунтах..........................................................................................................................72 8    Факторы, определяющие взаимодействие рабочих органов машин с грунтом...    81 9    Бульдозеры........................................................................................................................................................................90 10    Машины для подготовительных работ................................................................................................106 10.1    Рыхлители............................................................................................................................................................106 10.2    Кусторезы............................................................................................................................................................113 10.3    Корчеватели........................................................................................................................................................116 11    Скреперы........................................................................................................................................................................120 12    Автогрейдеры..............................................................................................................................................................138 13    Одноковшовые экскаваторы..........................................................................................................................155 13.1    Гидравлические одноковшовые экскаваторы......................................................................156 13.2    Одноковшовые экскаваторы с гибкой подвеской............................................................179 14    Многоковшовые экскаваторы........................................................................................................................195 14.1    Траншейные многоковшовые экскаваторы............................................................................199 14.2    Экскаваторы траншейные цепные..................................................................................................201 14.3    Экскаваторы траншейные роторные............................................................................................209 15    Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов............219 16    Основные направления развития машин для земляных работ........................................239 Список литературы........................................................................................................................................................249 ВВЕДЕНИЕ Автомобильные дороги являются важной составной частью транспортной системы Беларуси. Удельная протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием (т. е. общая длина дорог, отнесенная к площади терри-тории страны) составляет около 0,25 км на 1 км . Этот показатель выше, чем в России, но в три раза ниже, чем в развитых европейских странах. При этом более 40 % населенных пунктов (из 25 тыс.) не имеют в качестве подъездов дорог с твердым покрытием. Строительство новых автодорог, а также реконструкция, ремонт и содержание существующих производятся дорожными машинами различного назначения и комплексами на их основе. Темпы, эффективность и качество строительных и ремонтных работ определяются несколькими основными факторами. В их числе технико-экономические и эксплуатационные показатели каждой используемой машины, рациональное сочетание машин и взаимная согласованность их индивидуальных особенностей, а также уровень организации работ, базирующейся на принципах комплексной механизации и автоматизации дорожного строительства. О масштабах работ по строительству и содержанию дорог говорят следующие цифры. Протяженность автомобильных дорог общего пользования в Республике Беларусь составляет около 82 тыс. км, в том числе республиканских - около 16 тыс. км и местных - примерно 66 тыс. км. При этом дороги с твердым покрытием составляют около 71 тыс. км или 87 %, а грунтовые - 11 тыс. км или 13 %. За период 2003-2010 гг. дорожная сеть возросла почти на 3000 км, что обеспечило связь с автодорогами общего пользования 23500 сельских населенных пунктов, или 97 % их общего количества. Кроме того, на автомобильных дорогах Республики Беларусь имеется более 5200 мостов и путепроводов общей длиной около 170 тыс. метров. В то же время на сегодняшний день около 9,6 тыс. км (63 %) общей протяженности республиканских автодорог Беларуси не могут обеспечить проезд автотранспортных средств с расчетными нагрузками на одну ось 10 тонн, а 6 тыс. км (38,9 %) - с нагрузками на ось 8 тонн и только 274 км (1,8 %) автодорог обеспечивают проезд с нагрузками, которые соответствуют западноевропейским стандартам и составляют 11,5 тонны на одиночную ось. Недостаточная ровность покрытия автодорог приводит к удорожанию перевозок на 30-40 %, при таком технико-эксплуатационном состоянии дорожной сети горючего расходуется почти в 1,5 раза больше, чем в странах Центральной и Восточной Европы, а срок службы автомобиля сокращается на треть. В результате расчетов с учетом многих факторов определено, что общая сумма годовых потерь народного хозяйства, связанных с техническим состоянием всех автодорог Республики Беларусь, составляет 153 млн долларов США, что соответствует 7,6 % внутреннего валового продукта страны. При строительстве автомобильных дорог технологический процесс включает подготовку и сооружение земляного полотна, добычу и переработку, приготовление и транспортировку требуемых строительных материалов, работы по устройству дорожной одеяеды. Каждую из этих операций выполняет отдельная группа машин, классифицированных по технологическому признаку. В целом они создают систему машин, обеспечивающую комплексную механизацию и автоматизацию дорожного строительства. Надежная эксплуатация существующих автодорог осуществляется проведением ряда технологических операций, в числе которых работы по летнему и зимнему содержанию дорог, ремонту и реконструкции всех ее элементов, разметка проезжей части. Эти работы также производятся специализированными дорожными машинами или комплектами машин, объединенных решением требуемой технологической задачи. Конструкции и параметры дорожно-строительных машин определяются спецификой дорожного строительства и особенностями каждой из приведенных выше технологических операций. В настоящее время комплексная механизация дорожного строительства осуществляется на основе оптимального сочетания отечественной и импортной техники. При этом доля отечественных машин с каждым годом возрастает. Крупные машиностроительные предприятия (Амкодор, МТЗ, ранее МоАЗ, МАЗ, БелАЗ и др.) идут по наиболее рациональному пути, используя свои самые эффективные разработки и расширяя их технологические возможности за счет оснащения дополнительным оборудованием и сменными рабочими органами. Машины должны обеспечить весьма непростые сочетания параметров: высокое качество работ при оптимальном темпе их производства, сокращение трудо-, энерго- и материальных затрат при обеспечении максимальной надежности эксплуатации дорог и достижение современного уровня экологии дорожно-строительных работ. Поэтому дорожно-строительное машиностроение развивается по пути реализации все более жестких требований, предъявляемых к машинам современной технологией строительства и эксплуатации дорог с помощью научно-технических достижений в области материаловедения и технологии металлов, автоматизации и компьютеризации проектирования, изготовления и эксплуатации дорожно-строительной техники. Дисциплина «Дорожные машины» является одним из основных предметов специальности 1-37 02 03 «Техническая эксплуатация погрузочно-разгрузочных, путевых, дорожно-строительных машин и оборудования». Вместе с дисциплиной «Строительные машины и монтажное оборудование» она охватывает все основные типы машин, которые используются в дорожном строительстве. В рамках дисциплины «Строительные, дорожные и транспортные машины» студенты специальности 1-70 03 01 «Автомобильные дороги» изучают конструкции и основы эксплуатации высокоэффективных технологических машин и комплексов для строительства автомобильных дорог и аэродромов. В данном курсе рассмотрены следующие группы машин: 1)    машины для земляных работ; 2)    машины для устройства, содержания и ремонта автомобильных дорог. Отметим, что в предлагаемом учебном пособии представлена первая группа машин, а именно: машины для земляных работ. В основном рассмотрены машины для земляных работ, которые находят наибольшее применение в дорожном строительстве страны. В рамках этой дисциплины необходимо освоить конструкции машин (их основных узлов и механизмов), рассмотреть вопросы, составляющие основы взаимодействия рабочих органов машин с перерабатываемыми грунтами и дорожно-строительными материалами, а также научиться рассчитывать основные узлы и определять области наиболее эффективного применения тех или иных машин в дорожном строительстве. Даже по приведенному перечню рассматриваемых вопросов становится очевидным, что изучение дорожно-строительных машин требует высокого уровня подготовки студентов, базирующейся на знаниях, полученных при изучении физико-математических и общетехнических дисциплин. Авторы выражают глубокую благодарность В.Ю. Пацевой и В. А. Марти-новскому за помощь в подготовке рукописи к публикации. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ Прежде чем перейти непосредственно к дорожно-строительным машинам, целесообразно напомнить некоторые представления о машинах в целом. Что такое машина? Эволюция ее определения сама по себе представляет интерес. У древних представления о машинах были очень емкими и в то же время предельно простыми (может быть в силу целостности их понятий о природе и месте человека в окружающем мире). Одно из старейших определений таково: «Машина - это орудие, имеющее внутреннее движение частей». Сопоставьте это определение с современными понятиями о машине, отягощенными обилием разнообразных знаний. Одно из них, предложенное известным механиком И.И. Артоболевским, звучит следующим образом: «Машина - это устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека». Последнее определение следует дополнить его же делением машин на группы в зависимости от их общего назначения: 1)    энергетические (для преобразования любого вида энергии в механическую и наоборот); 2)    технологические (для преобразования материала, заключающегося в изменении его формы, свойств и состояния); 3)    транспортные (для преобразования материала, заключающегося в изменении его положения); 4)    ко нтроль но-v пра вляющие (для преобразования информации с целью управления энергетическими, транспортными и технологическими машинами); 5)    кибернетические (для преобразования информации с целью управления упомянутыми машинами или технологическими процессами по заданной программе). Если придерживаться упомянутой классификации, то следует отметить, что дорожно-строительные машины сочетают признаки и энергетических, и транспортных, и технологических машин. Любая дорожная машина включает ряд основных механизмов и элементов, которые можно разделить на пять групп: 1)    рабочее оборудование, которое выполняет непосредственно технологическую операцию; 2)    силовое оборудование (двигатель), приводящее в движение элементы машины; 3)    базовое и ходовое оборудование, которое объединяет все элементы машины (рама), передвигает ее и передает давление на опорную поверхность; 4)    передаточные механизмы (трансмиссии), передающие энергию двигателя рабочему и ходовому оборудованию; 5)    система управления, служащая для управления и регулирования отдельных механизмов машины и ее двигателя. При очень кратком экскурсе в историю подобных машин обычно первым вспоминают Леонардо да Винчи, который еще в XV веке предложил принципиальную схему экскаватора-драглайна. А первой разработкой, которая нашла реальное воплощение в металле, считается многоковшовый экскаватор мощностью 15 л. с. (на паровой тяге), который разработал инженер А. Бетанкур (директор Санкт-Петербургского института путей сообщения) и использовал на практике для углубления морской гавани в 1812 г. В Европе аналоги появились только в 30-х годах XIX столетия. 2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН В общем случае для оценки уровня продукции машиностроения используют Единую систему конструкторской документации (ЕСКД), составляя при этом карту технического уровня и качества продукции, т.е. машины. В этой системе показатели качества условно разделяют на четыре группы: 1)    технико-экономические показатели, которые характеризуют эффективность машины по основным техническим параметрам (производительность, мощность, энерго- и материалоемкость, выработка и др.); 2)    эксплуатационные показатели, которые характеризуют эффективность машины в производственных условиях (типоразмер, универсальность, эргономичность, мобильность, проходимость, транспортабельность и др.); 3)    конструктивные показатели, характеризующие качество и свойства конструкции машины (надежность и ее характеристики: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость; стандартизация и унификация элементов конструкции); 4)    технологические показатели, которые характеризуют трудоемкость изготовления деталей и узлов, а также сборки машины. Анализ показателей по упомянутым критериям дает исчерпывающую информацию о машине. При этом даже беглая оценка этих показателей позволяет отметить, что они неравноценны. Профессор В.И. Баловнев попытался учесть эту неравнозначность с помощью коэффициентов весомости того или иного показателя, которые были определены экспериментальным путем. Из 31 показателя, в числе которых технико-экономические характеристики (0,072); технологичность (0,036); стандартизация и унификация (0,04); безопасность (0,038); обеспечение запчастями (0,022) и др. наибольший (К - 0,076) имеет надежность, а наименьший (К = 0,015) - престижность изделия. В сумме все коэффициенты дают 1. Остановимся на некоторых из них. Одной из основных характеристик дорожных машин является их производительность. Она же является базовой при определении ряда других показателей. Производительность - это количество продукции, выраженное в единицах объема, массы, площади или длины, которое машина производит в единицу времени (например, количество вынутого, перемещенного или уло- 3    2 женного грунта в м /ч или т/ч; площадь уплотненной поверхности в м /ч; протяженность разработанной траншеи в м/ч и др.). Различают три вида производительности: теоретическую, техническую и эксплуатационную. Теоретическая производительность (ее еще называют расчетной или конструктивной) - это максимально возможная для данных условий эксплуатации. Она определяется конструктивными параметрами машины и свойствами среды, с которой машина взаимодействует, но без учета потерь энергии и материалов. Для машин циклического действия, м /ч или т/ч: V    Vp Лт = — или Лт = —,    (2.1) ц    ц где V - объем материала, м ; р - его плотность, т/м ; Тц - время цикла, ч. Для машин непрерывного действия, м /ч или т/ч: Ят = Bv или Ят = Fv,    (2.2) где В - ширина захвата материала рабочим органом машины, м; F - расчетное сечение потока материала, м2; v - расчетная рабочая скорость перемещения машины или материала, м/ч. Повышение производительности машин является одним из наиболее важных средств повышения темпов дорожного строительства. Как видно из формул (2.1) и (2.2), Ят обратно пропорциональна времени рабочего цикла для машин циклического действия и прямо пропорциональна скорости для машин непрерывного действия. Именно сокращение периода рабочего цикла и увеличение рабочих скоростей, наряду с ростом силовых параметров, относятся к наиболее эффективным методам увеличения производительности труда в целом в дорожном строительстве. Техническая производительность (Ятех) представляет собой максимально возможную производительность для данных условий эксплуатации с учетом потерь и изменения структуры материала (разрыхления и уплотнения), снижения эффективной мощности и скорости рабочих операций, а также степени использования рабочего оборудования (коэффициенты наполнения емкостей, ковшей, бункеров, цистерн, отвалов и др.; технологические перерывы в работе; перекрытие проходов машины). Техническая производительность определяется через теоретическую по формуле IЛ ex “ (A"' 11<2 ■ ■ ■ Ki)IJT, где Kj — коэффициент, учитывающий соответствующие потери и изменения (мощности, скорости, материала и др.). (2.3)
Эксплуатационная производительность представляет собой наиболее близкую к фактической, которая учитывает объективные потери рабочего времени машины за смену, сезон или год (время на техобслуживание, ремонт, заправку топливом, перемещения от базы к месту работы или от одного объекта к другому). Эти потери оценивают коэффициентом использования машины по времени который на основании статистических данных и рекомендаций принимают Кв = 0,80...0,90. Тогда эксплуатационная производительность Эксплуатационная производительность бывает трех типов: часовая, сменная, годовая. Годовая Пэ учитывает сезонность работы и годовой фонд времени машины. Чаще всего используют сменную Пэ, которая характеризует количество часов работы машины в смену. Производительность является базовой характеристикой при определении некоторых других параметров машины. Весьма важными (и современными) являются показатели, характеризующие ресурсы (трудовые, энергетические и др.), которые затрачиваются для достижения заданной производительности. Выработка на одного рабочего - это отношение эксплуатационной (сменной) производительности к числу рабочих, занятых управлением и обслуживанием машины: Пуд Пэ / Ир, (2.5)
где nv - число рабочих. Отметим, что показатель выработки Яуд совпадает с Пэ, если np = 1. Удельная энергоемкость машины (иногда ее называют удельной мощностью) - это отношение суммарной мощности установленных на машине двигателей к эксплуатационной (сменной) производительности: Муя = N / /7Э, (2.6)
где N - мощность двигателей. Удельная материалоемкость машины (иногда ее называют удельной металлоемкостью) - это отношение ее массы к эксплуатационной (сменной) производительности: где т - масса машины. Себестоимость единицы продукции (или механизированных работ) - это отношение стоимости машино-смены (т.е. суммы затрат по эксплуатации машины за смену) к эксплуатационной (сменной) производительности: Суд = С/Яэ,    (2.8) где С - стоимость машино-смены. К этим показателям следует добавить энергонасыщенность машины Е, которая характеризует ее удельные энергетические возможности и связывает мощность силовой установки и массу машины: Е = —.    (2.9) 3 ПРИВОДЫ МАШИН Привод - это совокупность устройств для сообщения движения и усилий исполнительным механизмам машины. Привод включает силовое оборудование (установку, двигатель), передачи (трансмиссии) и систему управления. Все это предназначено для приведения в действие рабочих органов и механизмов машины. Требования к приводам машин определяются условиями эксплуатации машин, особенностями технологии производства работ и режимами нагружения. От технологии работ зависит последовательность включения, выключения и реверсирования движения механизмов. Условия эксплуатации (работа на открытом воздухе в различных климатических поясах) обуславливают необходимость их высокой надежности и работоспособности. Режимы нагружения (продолжительность непрерывной работы, частота включений, внешние нагрузки) влияют на соотношение основных периодов работы (взаимодействие рабочих органов с грунтом) и переходных периодов (разгон, торможение, реверсирование, подъем, опускание). В общем случае привод должен обеспечивать максимальное использование установленной мощности при высоком КПД, хорошо воспринимать динамические нагрузки, легко и просто управляться. К приводам дорожных машин предъявляются следующие общие требования: 1)    автономность силового оборудования от внешних источников энергии; 2)    обеспечение минимальных габаритов и массы; 3)    высокий КПД; 4)    высокая надежность; 5)    простота реверсирования механизмов и регулирования скоростей и усилий; 6)    независимость рабочих движений при возможности их совмещения; 7)    простота автоматизации системы управления; 8)    реализация блочных и агрегатных конструкций элементов привода. Имеются и дополнительные требования, которые определяются режимом работы машины. Как известно, режимы работы условно разделяют на легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Режим задается рядом параметров: 1)    отношение максимального к среднему крутящему моменту (Мпах / Мер = 1,1... 1,3); 2)    продолжительность времени включения привода (ПВ = 15... 100 %); 3)    количество включений в час (КВ = 10...600). Перегрузочная способность двигателей приводов в статическом режиме характеризуется коэффициентом перегрузки (или приспосабливаемое™): к = (ЗЛ) Для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) Кп= 1,1... 1,3. Современные машины - это, как правило, машинные агрегаты, которые могут иметь несколько приводов одного или разных типов. Приводы классифицируют по ряду основных признаков: 1)    по значимости: -    основные (приводы рабочих органов и ходового оборудования); -    вспомогательные (приводы элементов передач, приборов управления); 2)    по числу двигателей: -    одномоторные, или групповые (все механизмы приводят в действие от одного двигателя); -    многомоторные, или индивидуальные (каждый механизм имеет свою силовую установку); 3)    по типу силового оборудования: -    с первичными двигателями (в качестве первичного двигателя в основном используют ДВС); -    с комбинированной силовой установкой, включающей первичный и вторичный двигатели. К ним относятся: -    ДВС - электрогенератор - электродвигатель (электропривод); -    ДВС - гидронасос - гидродвигатель (гидропривод); -    ДВС - компрессор - пневмодвигатель (пневмопривод). Кроме того, возможны сочетания элементов гидравлического, электрического и пневматического приводов; 4)    по типу трансмиссии различают приводы с механическими, электрическими, гидравлическими, комбинированными (гидромеханическими, электромеханическими и другими) трансмиссиями; 5)    по типу системы управления различают приводы с механической, электрической, гидравлической, комбинированной системой управления. Вид привода выбирается в зависимости от режимов и условий работы машины. Он должен соответствовать внешним нагрузкам. Мощность JVp.o привода, расходуемая на выполнение рабочих операций, ограничивается максимальной мощностью силовой установки Л'Л|, и определяется по формуле ^р.о = ,    (3.2) где г| - КПД трансмиссии. Основными параметрами, характеризующими работу привода, являются М, со или Р, v, которые связаны соотношениями Np o = Мсо или Np o = Pv,    (3.3) гдеМ- момент сопротивления, преодолеваемый исполнительными механизмами, Нм; со - угловая скорость этого механизма, рад/с; Р - усилие сопротивления, преодолеваемое исполнительными механизмами, Н; v - линейная скорость этих механизмов, м/с. Режимы нагрузки приводов машин являются неустановившимися (особенно у одноковшовых экскаваторов, бульдозеров, скреперов, в меньшей степени у автогрейдеров и грейдер-элеваторов). Мощность N используется рационально, если при изменении внешней нагрузки она обеспечивает соответствующее изменение момента с одновременным изменением угловой скорости. Для оценки работы привода используют его механическую или внешнюю характеристику, а именно: N    N со = — или v - —,    (3.4) М    Р т. е. она выражает зависимость скорости перемещения рабочего органа от внешнего момента на нем. В приводах машин имеют место несколько видов механических характеристик привода (рисунок 3.1), Идеальной по использованию мощности силовой установки является характеристика (1), которая при любом изменении внешних нагрузок обеспечивает N = const. Однако по большей части внешние характеристики располагаются в диапазоне от (2) до (3). Характеристика (2) называется жесткой: с увеличением М (нагрузки на рабочем органе) скорость со изменяется незначительно, N ф const, силовая установка перегружается, регулирование очень ограничено (приводы с жесткой характеристикой целесообразно применять при устойчивом режиме работы без перегрузок или при наличии большого запаса мощности). Характеристику (3) называют мягкой: с ростом нагрузки резко уменьшается частота вращения вала привода (вплоть до нуля при большой величине М), т.е. привод будет работать (при перегрузках) в стопорном режиме. При мягких характеристиках привод может саморегулироваться, т.е. автоматически снижать частоту вращения при перегрузке при увеличении передаваемого крутящего момента (или увеличивать скорость при снижении нагрузки), что повышает производительность. Рисунок 3.1- Внешние характеристики привода: 1 - идеальная теоретическая (N= const); 2 - жесткая; 3 - мягкая
Отметим, что в машинах для земляных работ необходимы приводы, обеспечивающие максимальное использование N при высоком КПД и имеющие мягкую характеристику. Для одноковшовых экскаваторов наиболее рациональной является характеристика (2), которая обеспечивает жесткость до предельного значения М, а затем становится мягкой, что позволяет приводу перейти в стопорный режим. О    М Рисунок 3.2 - Механические характеристики силовых установок: 1 - ЭД переменного тока; 2 - ДВС; 3 - ДВС с регулятором; 4 - ЭД постоянного тока (с последовательным возбуждением); 5 - ЭД постоянного тока (с параллельным возбуждением)
Характеристика (1) желательна для бульдозеров, автогрейдеров, машин для подготовительных работ. В реальности механические характеристики силовых установок имеют более сложный вид (рисунок 3.2). 3.1 Приводы с ДВС ДВС машин для земляных работ работают в условиях переменных нагрузок по мощности, при большой запыленности воздуха (до 5 г/м3), при значительных колебаниях температур (от -30 до +50 °С). В связи с этим они должны иметь запас по мощности, оснащаться улучшенными агрегатами воздухоочистки и (желательно) устройствами предпускового подогрева в условиях эксплуатации при низких температурах. Их различают по многочисленным признакам (по способу осуществления газообмена (2- и 4-тактные), по способу наполнения рабочего цилиндра - без наддува и с наддувом, по способу воспламенения - с принудительным зажиганием (от электроискры) и с самовоспламенением от сжатия (дизели), по числу и расположению цилиндров - рядные и V-образные. В дорожных машинах в основном применяют транспортные 4-тактные дизели (с наддувом и без), имеющие жидкостное и воздушное охлаждение. Их применяют в машинах как с непосредственной передачей (механической) на исполнительные органы, так и с различными преобразователями, которые обеспечивают защиту двигателей и всех конструкций машин от внешних перегрузок (их применяют в тех случаях, когда внешние характеристики ДВС не соответствуют режиму работы машины). Выбор ДВС осуществляют по основным техническим характеристикам: номинальной мощности ДАдв, частоте вращения коленчатого вала п., массе т и удельному расходу топлива ge. Требуемую мощность двигателя А'дв подбирают с учетом коэффициента запасами,: лгда = лид,,    (3.5) где Л;|ШХ - сумма мощностей, вычисленных при максимальных значениях моментов (или усилий) на рабочих органах, кВт; 1.17...    1,25 - для дизелей; 1.11...    1,17 - для карбюраторных ДВС. При необходимости проведения уточненных расчетов выбор двигателя внутреннего сгорания осуществляют на основе уравнения баланса мощности: N =— (да + ДА + ДА. + ДА* +Да)+УДА    (3 6) дв    \ пер — у — i    букс — р/ ^ пр.м ’    \ • ) где т].ф - КПД трансмиссии; Л^пер, -Vy- Nu N6yKC - мощности, затрачиваемые соответственно на перемещение, преодоление уклона, преодоление инерционных сил, преодоление буксования ведущих колес, кВт; ^буке =Pk(^t -Уд)=/>А (3.7)
Рк - окружная сила на ведущих колесах, Н; vT - расчетная (теоретическая) скорость, м/с; v;i - действительная скорость, м/с; Д
8 - коэффициент буксования, 5
(3.8)
0,18...0,22 - в тяговом режиме; 5 =
0,03...0,05 - в транспортном режиме; Л^раб - мощность на преодоление сопротивления рабочих органов, кВт, Л^р = Рр Vp, (3.9)
Рр - сила сопротивления на рабочих органах (на ковше скрепера или погрузчика, отвале бульдозера или автогрейдера, на зубьях рыхлителя), Н; vp - скорость движения рабочих органов, м/с; ZiVnp.M - мощность, отбираемая на привод различных механизмов и рабочих органов машины, кВт. Выбранный по балансу мощности двигатель внутреннего сгорания проверяют тяговым расчетом: 1)    на обеспечение в рабочем режиме максимального тягового усилия на колесах, необходимого для рабочего процесса; 2)    на обеспечение в транспортном режиме максимальной скорости движения. К преимуществам ДВС относятся: 1)    автономность; 2)    относительно высокий КПД (0,35-0,45); 3)    малая масса на единицу мощности (3-5 кг/кВт); 4)    небольшой расход топлива (0,20-0,25 кг/кВт ч). Их недостатки: 1)    чувствительность к перегрузкам; 2)    затруднения при эксплуатации в условиях низких температур; 3)    потребность в муфтах (фрикционных, гидравлических и др.) для передачи движения от двигателя к трансмиссии. Сочетание этих характеристик определяет их преимущественное использование в машинах для земляных работ, т.е. при непрерывном собственном перемещении в процессе работы или при частых перемещениях с объекта на объект. Механический привод в настоящее время применяют относительно редко. Самым ярким примером механического привода являются одноковшовые экскаваторы с канатной (гибкой) подвеской, которые с оборудованием драглайна имеют преимущества по сравнению с гидравлическими одноковшовыми экскаваторами. Для их привода характерна разветвленная механическая трансмиссия, применение муфт и тормозов сложного устройства, специфическая кинематика различных видов рабочего оборудования. От двигателя внутреннего сгорания движение к рабочим механизмам передается цепными, зубчатыми и канатными передачами при использовании кулачковых, фрикционных муфт и главной муфты. Главная муфта представляет собой фрикционную муфту (открытого или закрытого типа), управляемую с места машиниста. Главная муфта необходима для включения трансмиссии и быстрой остановки всех механизмов. Она сблокирована со специальным тормозом трансмиссии, который автоматически отключается при выключении главной муфты. 3.2 Приводы с комбинированной силовой установкой 3.2.1 ДВС - электрогенератор - электродвигатель (электропривод) Первичным двигателем является ДВС, который приводит в действие электрогенератор. Электрогенератор, в свою очередь, питает током электродвигатели (как постоянного, так и переменного тока), приводящие в действие исполнительные механизмы. Их используют на крупных дорожных машинах, на тягачах большой мощности Преимущества электропривода: 1)    постоянная готовность к работе; 2)    возможность реверсирования; 3)    высокий КПД; 4)    долговечность и универсальность; 5)    надежность эксплуатации при низких температурах. Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение. Они просты в управлении, надежны в эксплуатации, могут выдерживать большие кратковременные перегрузки (Кп = 1,8...2,2). (Основной недостаток - высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети). Обычно используют трехфазные асинхронные двигатели (ЭД с контактными кольцами), которые питаются от электросети с напряжением 220; 380 В и частотой 50 Гц. В зависимости от мощности эти ЭД имеют либо коротко-замкнутый ротор (при N < 10 кВт), либо фазовый ротор (при У> 10 кВт). В приводах одноковшовых экскаваторов применяют специальные крановые асинхронные электродвигатели трехфазного тока. Они хорошо работают при частых пусках и торможениях, но их большой недостаток - не могут саморегулироваться. Эта задача решается введением специальных преобразователей частоты питания электродвигателя. Однако такие электродвигатели становятся массивными и сложными по конструкции. Поэтому чаще всего используют нерегулируемые электродвигатели переменного тока. Двигатели с короткозамкнутым ротором удобны в управлении, но для их пуска требуется большой ток (пусковой момент). При этом у них невозможно регулировать частоту вращения. Как правило, такие двигатели используют только для привода лебедок с небольшим усилием и вспомогательных механизмов. Двигатели с фазнъш ротором удовлетворительно работают при частых пусках и торможениях, у них можно регулировать частоту вращения. Ими управляют вручную контроллером или с помощью магнитных станций. Для смягчения внешних характеристик в цепь (ротора) вводят регулируемое сопротивление, что ведет к потере энергии и увеличению массы. Для регулирования скоростей применяют различные варианты, например, систему электропривода с тормозным генератором постоянного тока, сочлененным с валом двигателя. Их используют в одноковшовых экскаваторах малой мощности и выполняют взаимозаменяемыми с двигателями внутреннего сгорания. Электродвигатели постоянного тока считаются наиболее подходящими для приводов машин для земляных работ с тяжелым режимом работы. Они обеспечивают плавность пуска и торможения механизмов, имеют значительную перегрузочную способность и экономичность, постоянную готовность к работе и независимость от температуры эксплуатации. Их масса (и габариты) в 1,5-2,5 раза больше любых других силовых установок. Тем не менее их используют в приводах машин для земляных работ. Обычно их применяют в экскаваторах средней и большой мощности, а также в приводе моторколес тяжелых землеройно-транспортных машин (скреперов), В экскаваторах средней мощности применяют схему: ДВС - трехобмоточный электрогенератор - электродвигатель с электромагнитным усилителем (ДВС - ТГ - ЭД с ЭМУ). В экскаваторах большой мощности применяют привод по схеме ДВС -генератор - электродвигатель с электромашинным усилителем (ДВС - Г - ЭД с ЭМУ). В таких схемах работа генератора согласуется с характеристикой ДВС, что обеспечивает полное использование мощности при изменении нагрузок в широком диапазоне. Эти схемы позволяют бесступенчато регулировать скорость исполнительных механизмов (регулирование производят изменением тока возбуждения схемы с параллельным, последовательным и смешанным включением обмоток возбуждения), т. е. в этих схемах используется почти идеальная внешняя характеристика. Для трехобмоточных генераторов регулировку производят соответствующим подбором ампер-витков трех обмоток генератора: независимой, шунтовой и сериесной. Для них мягкость внешней характеристики достигается совместным действием двигателя постоянного тока независимого возбуждения и источника питания - генератора. Их преимущества - постоянная готовность к работе, простота пуска, управления и реверсирования, довольно высокий КПД. Недостатки - большая стоимость комбинированного привода и зависимость от источника энергии (для сетевых генераторов). Схема ДВС - ТГ - ЭД требует больших капитальных затрат (как правило, устанавливают несколько трехобмоточных электрогенераторов и несколько электродвигателей), но отличается плавностью и широкими возможностями регулирования ииМ,в том числе возможностью электроторможения, а также наименьшим удельным расходом электроэнергии. Плавность работы привода способствует увеличению долговечности всей машины. Кроме того, в последнее время появляются приводы с рекуперацией энергии. Например, при опускании ковша экскаватора потенциальная энергия рабочего оборудования трансформируется в электроэнергию, отдаваемую в цепь за счет преобразования электродвигателя привода лебедки в генератор. При последующем цикле подъема рабочего оборудования запасенная энергия совершает полезную работу, чем достигается значительное энергосбережение. 3.2.2 ДВС - гидронасос - гидродвигатель (гидравлический привод) Эти комбинированные силовые установки (ДВС - гидронасос) получили наибольшее распространение из-за полной автономности. (Следует отметить, что применяют также комбинацию электродвигатель - гидронасос для машин малой и средней мощности, не требующих полной автономии от источника питания.) Гидропривод включает гидрообъемное силовое оборудование (гидронасосы, гидродвигатели, силовые гидроцилиндры). В объемном гидроприводе механическая энергия, вырабатываемая первичным двигателем (ДВС или электродвигателем), для удобства ее передачи вначале преобразуется в энергию потока рабочей жидкости, а затем вновь в механическую. Преимущества гидравлического привода: 1)    небольшие масса и габариты; 2)    бесступенчатая регулировка скорости дает возможность повысить КПД приводного двигателя; 3)    возможность получения больших (1000 и более) передаточных чисел; 4)    преобразование вращательного в поступательное движение (и обратно); 5)    малая инерция (из-за малых масс и габаритов) обеспечивает включение машины и регулирование рабочих движений за доли секунды, т. е. повышает производительность машины в целом. Но эти достоинства влекут за собой и некоторые недостатки. К ним относятся: 1)    относительно высокая стоимость (качественный металл, высокая точность при изготовлении, сборке и т. д.) 2)    сложность эксплуатации (контроль за состоянием соединений, утечки рабочей жидкости и, как результат, потеря мощности); 3)    необходимость специальных жидкостей для различных климатических условий; 4)    снижение КПД при использовании длинных трубопроводов (из-за потерь на трение); 5)    высокие динамические нагрузки из-за быстродействия (время срабатывания 0,03-0,12 с); Объемный гидропривод получил распространение в большинстве строительных и дорожных машин. В его состав входят: 1)    гидронасосы, создающие один или несколько потоков рабочей жидкости и имеющие устройства для их регулирования; 2)    гидродвигатели (гидромоторы и гидроцилиндры); 3)    устройства коммутации потоков энергии (гидрораспределители и гидроклапаны); 4)    соединительные линии (трубопроводы, рукава высокого давления, коллекторы); 5)    вспомогательные устройства гидравлического привода не основных рабочих механизмов (выносных опор и др.); 6)    устройства для кондиционирования рабочей жидкости (фильтры, теплообменники, баки); 7)    устройства для подпитки гидронасосов и гидродвигателей. Объемные гидроприводы классифицируют по ряду признаков: 1)    по конструктивному признаку - открытые (сливная магистраль сообщается с атмосферой) и закрытые, имеющие небольшой подпор жидкости на сливе (0,2-0,3 МПа), созданный дополнительным насосом; 2)    по виду энергопреобразования - шестеренные, поршневые, пластинчатые; 3)    по регулируемости параметров - регулируемые, ступенчато и непрерывно регулируемые, нерегулируемые; 4)    по характеру движения выходного звена - с возвратно-поступательным (гидроцилиндры), с вращательным (гидродвигатели) и возвратно-пово-ротным движением; 5)    по назначению - основные и вспомогательные; 6)    по системе управления - с ручной, электрической, гидравлической и электрогидравлической системой управления; 7)    по количеству генерируемых потоков жидкости - одно-, двух-, трех-и четырехпоточные. Гидропривод работает при давлениях до 30-40 МПа (современная тенденция развития состоит в увеличении давления). В качестве рабочей жидкости используют различные минеральные масла. Рабочая жидкость должна обладать хорошей смазывающей способностью, не вызывать коррозию металла, не менять свойства при изменении температуры. Она должна быть безопасной и не образовывать пены и осадка. Этим требованиям отвечают масла, получаемые из низкозастывающих фракций нефти с присадками (антиокислительными, антипенными, проти-воизносными и др.). Например, масла всепогодные (типа ВМГЗ) или летние (типа МГ 30). В объемном гидроприводе, как отмечалось, имеются сочетания гидронасосов и гидродвигателей, трубопроводов, предохранительных клапанов, емкостей для рабочей жидкости, фильтров, дросселей, соединительной аппаратуры и распределительных устройств. Применение объемных гидропередач позволяет производить простое бесступенчатое регулирование скоростей исполнительных механизмов, а также осуществить их надежную защиту от перегрузок. Схемы объемного гидропривода зависят от типа машин, технологии работ и требований к их технологическим показателям. Объемный гидропривод выполняют в двух вариантах: 1)    гидропривод передает движение двум и более гидродвигателям при однопоточной насосной установке (в этом случае осуществляют параллельное или последовательное включение гидродвигателя); 2)    гидропривод передает движение гидродвигателям при многопоточной насосной системе (каждый насос питает один или группу гидродвигателей (наиболее сложные гидросхемы у гидравлических одноковшовых экскаваторов). Как было отмечено, основной недостаток объемного гидропривода - это сложность эксплуатации и относительно малая долговечность: из-за быстрого (т = 0,03.. .0,12 с) нарастания давления жидкости в рабочих органах возникают большие динамические нагрузки в элементах конструкции. Для его устранения используют, например, гидроцилиндры с гидравлическим демпфированием конечного положения; удароликвидирующие клапаны в гидросистеме и др. Как правило, гидропривод включает силовую установку (ДВС или электродвигатель), механическую или другую передачу, гидропередачу, систему управления и вспомогательные устройства. Механическую передачу целесообразно применять в двух случаях: 1)    для преобразования частоты вращения вала первичного двигателя в требуемую частоту вращения насоса (первого звена гидропередачи); 2)    для преобразования параметров движения после гидродвигателя (последнего звена гидропередачи). Если же номинальные частоты вращения насоса и первичного двигателя совпадают, то необходимость в механической передаче отпадает. Нет также необходимости в механической передаче на участке трансмиссии гидродвигатель - рабочий орган, если скорости их движения совпадают. Как уже отмечалось, в большинстве машин применяют объемный (статический) гидропривод. В нем используется статический напор (энергия) практически несжимаемой рабочей жидкости, нагнетаемой насосами. В гидроприводах дорожно-строительных машин наиболее распространены шестеренные, поршневые (аксиально- и радиально-поршневые) и лопастные (пластинчатые) насосы и гидромоторы, а также силовые гидроцилиндры. Для указанных роторных гидромашин (шестеренных, поршневых, винтовых, пластинчатых) одним из основных свойств является их принципиальная обратимость, т.е. способность работать как в качестве насоса, так и гидромотора. 3.2.3 ДВС - компрессор - пневмодвигатель (пневматический привод) Пневматический привод близок по конструкции гидравлическому приводу. В пневматическом приводе механическая энергия силовой установки преобразуется в энергию движения сжатого воздуха (р = 0,5...0,8 МПа) и обратно - в движение исполнительного механизма. Пневматический привод используют в приводах пневмомолотов, вибраторов и других машин, а также в системах управления машинами. Их достоинства: 1)    плавное включение и торможение механизмов; 2)    надежность и простота в обслуживании; 3)    малая чувствительность к динамическим нагрузкам; 4)    способность переносить перегрузки (вплоть до стопорения). Недостатки: 1)    невысокая удельная мощность; 2)    трудность точного регулирования (из-за высокой сжимаемости воздуха); 2)    низкий КПД; 3)    большой шум при работе. Основными агрегатами пневматического привода являются компрессор, воздухосборник (ресивер), пневматические двигатели, соединительные воздухопроводы, регуляторы давления и предохранительные клапаны, воздушные фильтры и масловлагоотделители. Компрессоры предназначены для выработки сжатого воздуха. Их приводят двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем. Двигатель внутреннего сгорания - компрессор - система воздухоподготовки образуют переносные или передвижные компрессорные установки (станции). По принципу действия компрессоры разделяют на поршневые, ротационные, турбинные, диафрагменные и винтовые. Всасывание воздуха, его сжатие и нагнетание в ресивер производят движением вытеснителей (поршней, пластин, зубьев шестерен, диафрагм, винтов). Поршневой компрессор (рисунок 3.3) представляет собой цилиндр 4, в котором перемещается поршень 5. Возвратно-поступа-тельное движение поршня обеспечивается приводимым от двигателя 7 коленчатым валом 6 с шатуном 8. На крышке цилиндра установлены подпружиненные автоматически действующие клапаны -всасывающий 9 и нагнетающий 3. А

5/
При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, вследствие чего автоматически открывается клапан 9, и в рабочую камеру из атмосферы через фильтр 1 всасывается воздух. При движении поршня вверх клапан 9 закрывается, и воздух в цилиндре сжимается. А

МУ
Рисунок 3.3 - Схема поршневого компрессора одноступенчатого сжатия
Когда давление воздуха в рабочей камере достигает определенного значения (обычно 0,8 МПа), открывается клапан 3 и воздух выталкивается из цилиндра в воздухосборник 2. За один оборот коленчатого вала происходит полный цикл работы компрессора: всасывание воздуха, его сжатие и нагнетание. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровыми с одно- и многоступенчатым сжатием (т|мсс = 1,1...1,15т|осс). В двухступенчатом происходит сжатие сначала до 0,2-0,25 МПа, затем до 0,4-0,8 МПа. Воздухосборник (ресивер) предназначен для накопления сжатого рабочего воздуха, уменьшения пульсации давления в нагнетательной пневмолинии, а также для охлаждения и очистки воздуха от воды и масла. Пневматические двигатели предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в возвратно-поступательное или вращательное движение выходного звена. Они подразделяется на пневмомоторы и пневмоцилиндры. Конструктивно они похожи на гидромоторы и гидроцилиндры. Но рабочие цилиндры значительно больше по размерам, чем гидроцилиндры, из-за меньших давлений в пневмосистеме. Пневмоаппараты (пневмораспределители, предохранительные, редукционные, обратные клапаны, пневмодроссели) служат для изменения направления движения рабочего воздуха к пневмодвигателям, изменения или стабилизации (поддержания на постоянном заданном уровне) расхода и давления в пневматическом приводе. 3.3 Трансмиссии Трансмиссией называют систему устройств для передачи движения и преобразования энергии от силовой установки к механизмам и рабочим органам машины. Трансмиссия позволяет изменять по величине и направлению развиваемые силовой установкой скорости, крутящие моменты и усилия. Любая трансмиссия является разомкнутой системой, имеющей вход и выход. Вход соединен с силовой установкой, выход - с исполнительным механизмом рабочего органа. Эффективность работы любой трансмиссии, ее способность преобразовывать скоростные и силовые показатели двигателя характеризуются несколькими параметрами, которые связывают ее входные и выходные характеристики (мощности Ли А^вых, крутящие моменты Мвх и Мвых, угловые скорости ювх и совых или частоты вращения пк, и ивых). Во-первых, это КПД, характеризующий потери мощности в трансмиссии: =    (3.10) Во-вторых, передаточное число, характеризующее способность трансмиссии изменять величину скорости: и =    (3.11) “вых    ^вых В-третьих, коэффициент преобразования момента, т. е. способность трансмиссии изменять величину момента: ^пр = — = Ч«.    (3.12) И, наконец, в-четвертых, диапазон трансмиссии, т.е. диапазон регулирования скорости на выходе трансмиссии: со    п _ вых.тах _ вых.тах    ^ ]_3) СО    П вых.тш    вых.тш где ©Вых.таХ? ^выхтт - соответственно максимальная и минимальная угловые скорости на выходе, рад/с; яВых та» «вых.тш - соответственно максимальная и минимальная частоты вращения на выходе, об/мин. Важным показателем трансмиссии является степень ее прозрачности (способность передавать колебания внешней нагрузки силовой установке). В прозрачных трансмиссиях любые колебания внешней нагрузки передаются силовой установке, что усложняет режим работы и снижает экономичность работы последней. Поэтому для предохранения силовой установки от перегрузок используют трансмиссии с меньшей степенью прозрачности. Трансмиссии классифицируют по ряду признаков. Во-первых, по способу передачи энергии трансмиссии разделяют на механические, электрические, гидравлические и комбинированные. Во-вторых, по способу изменения передаточных чисел различают трансмиссии ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные. Ступенчатые трансмиссии имеют заданные интервалы (ступени) передаточных чисел, при которых работа машины приближается к оптимальным значениям, бесступенчатые - позволяют в заданном интервале передаточных чисел иметь любое их значение, что обеспечивает наиболее производительную и экономичную работу машины. В комбинированных трансмиссиях имеют место интервалы ступенчатой передачи, внутри которых возможно их бесступенчатое регулирование. В-третьих, по типу исполнительного механизма различают трансмиссии с передачей движения: а)    на ведущие колеса движителя, обеспечивающие передвижение машины с различными скоростями и силой тяги; б)    на валы отбора мощности, необходимой для привода рабочих органов машины; в)    на привод насосов в гидросистемах трансмиссий и навесных рабочих органов. Все они, кроме механических, имеют участки, на которых механическая энергия первичной силовой установки преобразуется в энергию других видов, а затем снова в механическую. В механических трансмиссиях основными элементами являются зубчатые, червячные, цепные, ременные, канатно-блочные (полиспастные) передачи. В состав трансмиссии входят также сцепные, соединительные и предохранительные муфты, тормоза, а также различные механические устройства для изменения направления, частоты вращения и крутящего момента. Механические трансмиссии разделяют на редукторные и канатноблочные (полиспастные). В редукторных основные элементы - это редукторы в сочетании с различными передачами (зубчатыми, карданными, цепными, ременными и др.). Они образуют коробки скоростей, раздаточные редукторы, ведущие мосты и др. Их, как правило, используют для передачи движения только на короткие расстояния. Наибольшее применение в трансмиссиях машин имеют зубчатые передачи, обеспечивающие высокий КПД, передачу больших мощностей, заданные значения передаточных чисел и достаточную надежность. На тракторах мощностью до 120 кВт чаще всего применяют ступенчатые зубчатые трансмиссии. Конструкция их наиболее отработана, они относительно просты и надежны в работе, имеют довольно высокий КПД, низкую стоимость и удобны в эксплуатации. Вместе с тем ступенчатое регулирование крутящих моментов приводит к малоэффективному использованию мощности двигателя. Ступенчатые трансмиссии выполняются по двум силовым схемам. В пневмоколесных тракторах мощность двигателя, передаваемая на ведущие колеса трактора, разделяется после коробки передач, что обуславливает наличие одной центральной передачи, размещаемой, как правило, в корпусе ведущего моста трактора. Такая схема относительно проста, хорошо компонуется, имеет высокий механический КПД, а также низкие показатели материалоемкости и высокую ремонтопригодность. В гусеничных тракторах мощность двигателя разделяется перед коробкой передач или в ней, что обуславливает наличие двух центральных передач. Это обеспечивает меньшую силовую нагруженность деталей коробки передач и центральной передачи, а также их установку на менее нагруженные части трансмиссии до центральной передачи. При относительно больших размерах передач (например, на одноковшовых экскаваторах с гибкой подвеской) пользуются канатно-блочными трансмиссиями. Их составные части - это лебедки и полиспасты (системы подвижных и неподвижных блоков, связанных канатом). К достоинствам механических трансмиссий можно отнести: 1)    относительную простоту конструкции; 2)    небольшую стоимость; 3)    сравнительно точное соблюдение заданных скоростей и моментов; 4) достаточную надежность в работе. Недостатки: 1)    значительные потери энергии в передачах, муфтах и тормозах; 2)    ступенчатое изменение скоростей и моментов; 3)    сложность конструкции и компоновки передачи при широком диапазоне регулирования скоростей и моментов; 4)    существенное увеличение массы (и стоимости) при увеличении расстояния от двигателя. При необходимости расширения диапазона регулирования скоростей и крутящих моментов приходится усложнять трансмиссии, что ухудшает безотказность и ремонтопригодность машины. Кроме того, механические трансмиссии полностью прозрачны, т.е. колебания внешней нагрузки практически полностью передаются силовой установке. Между тем, механические трансмиссии широко применяют в приводах ходового оборудования средних бульдозеров, автотранспортных средств и тракторов. В приводах машин для земляных работ все большее распространение имеют многопоточные планетарные зубчатые передачи, которые обеспечивают меньшие размеры и массу, а также больший КПД по сравнению с обычными зубчатыми передачами (с неподвижными осями колес). Их применяют в передачах колесных и гусеничных погрузчиков, скреперов и бульдозеров, траншейных экскаваторов, катков, а также в приводах механизмов поворота и хода одноковшовых экскаваторов. Основными резервами совершенствования механических передач являются повышение надежности их элементов, а также использование новых, более эффективных кинематических схем. Объемные гидропередачи являются основой гидропривода. В них рабочее усилие или крутящий момент практически не зависит от скорости движения рабочей жидкости. В объемной гидропередаче должны быть две основные гидравлические машины, соединенные между собой трубопроводами: объемный гидронасос, преобразующий поток механической энергии (крутящий момент) в поступательный силовой поток гидравлической энергии, и гидромотор, преобразующий гидравлический поток в механический крутящий момент. Как отмечалось, по типу передачи жидкости от насоса к мотору объемные гидропередачи бывают открытые и закрытые (без доступа воздуха к жидкости). В открытых гидропередачах жидкость из бака подается насосом к исполнительному механизму (гидроцилиндру) и, совершив работу, возвращается в бак. Типичная схема открытой гидропередачи (для привода элементов рабочего оборудования (стрелы, рукояти, ковша) одноковшового экскаватора) имеет следующий вид (рисунок 3.4). Рисунок 3.4 - Схема открытой гидропередачи:
н
1 - гидробак; 2 - насос (нереверсивный); 3 - гидрораспределитель; 4 - гидроцилиндр; 5 - предохранительный клапан; 6 - фильтр Вал (входное звено) насоса 2 приводится во вращение от вала ДВС или через механическую передачу. Рабочая жидкость, поступившая в насос из бака 1 по всасывающей линии, подается под давлением по напорной линии через гидрораспределитель 3 и рабочую линию в полость гидроцилиндра 4. Под действием жидкости поршень перемещается вместе со штоком, в результате чего элемент рабочего оборудования выполняет рабочее движение. Золотник гидрораспределителя 3 может занимать одно из трех возможных положений. В среднем (нейтральном) положении обе полости гидроцилиндра 4 заперты, и его поршень неподвижен. При перемещении золотника влево рабочая жидкость насосом 2 нагнетается в левую полость гидроцилиндра, а его правая полость при этом сообщается со сливом через фильтр 6. В результате поршень гидроцилиндра перемещается вправо до тех пор, пока золотник распределителя смещен относительно нейтрального положения. При перемещении золотника вправо рабочая жидкость насосом 2 нагнетается в правую полость гидроцилиндра, а его левая полость при этом сообщается со сливом также через фильтр 6. В результате поршень гидроцилиндра также перемещается влево до тех пор, пока золотник распределителя смещен относительно нейтрального положения. Поршень при данных перемещениях может дойти до упора в стенку цилиндра, тогда давление рабочей жидкости повысится настолько, что откроется предохранительный клапан 5 и жидкость, подаваемая насосом 2, начнет сливаться в гидробак 1. Следует отметить, что в современных дорожно-строительных машинах открытые гидропередачи практически не используются. В закрытых гидропередачах    3
жидкость из сливной полости гидроцилиндра возвращается во всасывающую полость насоса. Закрытые гидропередачи отличаются большей компактностью, т. к имеют бак небольших размеров и дополнительный насос, предназначенный только    Рисунок 3.5-Схемаобъемной для пополнения утечки рабочей    гидропередачи закрытого типа. 1 - гидронасос; 2 - гидромотор; 3 и 4 - нагнетательная ЖИДКОСТИ (рисунок 3.5).    и всасывающая гидролинии; 5 - насос подпитки; 6 - бак Современные роторные гидромашины имеют малые габариты и массу. Их удельная масса достигает 0,1-0,2 кг/кВт, при КПД т| = 0,85...0,90. Поэтому они обладают малой инерцией. Например, маховая масса гидродвигателя вращательного действия в несколько раз меньше маховых масс электродвигателя той же мощности. Гидромоторы могут быть низко- и высокомоментными. Низкомомент-ные гидромоторы являются быстроходными двигателями и характеризуются малыми величинами отношения М/ со (от 0,06 до 60 Н м с"1). Соответственно высокомоментные гидромоторы являются тихоходными с большими значениями М/ со, достигающими 1200 Н м с"1. Если со < 10 рад/с и М> 1000 Н м, то гидродвигатель считается высоко-моментным (его N/т в 2-5 раз хуже, чем у низкомоментного). Шестеренные насосы и двигатели выполняют с внешним и внутренним зацеплением. Их преимущества - простота конструкции и малая стоимость. Их используют в тех передачах, где величина КПД не имеет существенного значения. Подача составляет до 960 л/мин при давлении до 21 МПа (односекционные насосы развивают давление до 10 МПа). КПД не превышает 0,60-0,75 (наименьший из насосов). Шестеренные двигатели используют в нерегулируемых быстроходных передачах, не требующих большого пускового момента. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы компактны, имеют большой КПД, достигающий при высоких давлениях 0,95, сравнительно малую инерционность и удельную мощность до 12 кВт/кг. Их недостатки - необходимость тщательной фильтрации рабочей жидкости и низкая долговечность. Применяются в главных и вспомогательных приводах одноковшовых и многоковшовых экскаваторов, скреперах и бульдозерах, грейдерах и других машинах для земляных работ. Они развивают рабочее давление до 16-18 МПа (и более). Радиально-поршневые гидромашины используют для передачи больших крутящих моментов при невысокой частоте вращения вала, поэтому в объемном гидроприводе машин радиально-поршневые моторы устанавливают непосредственно на ведущих колесах. Ограниченное использование таких гидромоторов объясняется их малой универсальностью и высокой стоимостью. Силовые гидроцилиндры - это простейшие гидродвигатели с возвратнопоступательным (или возвратно-поворотным в некоторых случаях) движением подвижного звена, применяемые для привода элементов рабочего оборудования строительных и дорожных машин. Различают гидроцилиндры одностороннего действия, передающие принудительное движение звену только в одном направлении, и двухстороннего действия, у которых подвижное звено может принудительно перемещаться в противоположных направлениях. Отверстия в хвостовике корпуса и головке штока служат для шарнирного присоединения гидроцилиндра посредством цапф или пальцев, вращающихся во втулках подшипников скольжения. Подвижным звеном может быть и корпус, и шток. Для компенсации перекосов соединяемых элементов нередко гидроцилиндры устанавливают на сферических подшипниках. Главные показатели эксплуатационных характеристик гидроцилиндра -их внутренний диаметр и рабочее давление. К отмеченным ранее особенностям гидропривода следует добавить основные достоинства объемной гидропередачи: -    бесступенчатое регулирование крутящего момента в широком диапазоне и его плавная передача на исполнительный механизм; -    большая свобода компоновки трансмиссии и сравнительная простота подвода мощности к ходовому оборудованию и рабочим органам машины; -    возможность реверсирования хода и регулирования торможения без дополнительных устройств; -    предохранение двигателя и трансмиссии от перегрузок; -    легкость и простота управления. К недостаткам объемной гидропередачи можно отнести следующее: -    КПД меньше, чем у механической трансмиссии; -    большие габариты при малых значениях давления (до 15 МПа) рабочей жидкости и трудности уплотнения при больших значениях давления (28 - 35 МПа); -    зависимость КПД от температурных условий. Объемные гидропередачи являются самыми распространенными в дорожных, строительных, подъемно-транспортных машинах. Современные системы автоматического регулирования их работы для поддержания режима максимальной мощности и оптимальной экономичности ДВС обеспечивают объемным гидропередачам высокую конкурентоспособность. В гидродинамических передачах (ГДП), в отличие от механических, нет жестких связей между источником энергии и ее потребителем. Их обязательными элементами являются гидродинамические муфты и гидродинамические трансформаторы. Их располагают между двигателем и исполнительным механизмом. Гидромуфты имеют два рабочих колеса: насосное, соединенное с двигателем, и турбинное, связанное с исполнительным механизмом (ведомым валом) (рисунок 3 .6). Внутренние полости обоих колес разделены наклонными в радиальном направлении лопатками и заполнены рабочей жидкостью. При вращении насосного колеса рабочая жидкость за счет центробежных сил устремляется на периферию, вследствие чего в периферийной зоне создается повышенное давление, способствующее перетеканию жидкости в полость турбинного колеса, а в расположенной ближе к центру зоне создается разрежение, способствующее подсасыванию жидкости из полости турбинного колеса. В процессе перехода рабочей жидкости из насосного колеса в турбинное она воздействует на лопатки турбины, заставляя последнюю вращаться. Турбинное колесо отстает от насосного: сот < <мн- КПД зависит от угловой скорости и может достигать т|ном = 0,94.. .0,97. Гидромуфты (ГМ) не предназначены для преобразования величины и направления крутящего момента. Их располагают между ДВС и исполнительным механизмом. Они служат защитой ДВС от перегрузок, а также для автоматического бесступенчатого изменения скорости движения рабочего органа в зависимости от внешней нагрузки. Их используют также в качестве предохранительных муфт. В приводах с ГМ двигатель можно запускать без отключения трансмиссии. 1 - входной вал (от ДВС); 2 - насосное колесо; 3 - турбинное колесо; 4 - выходной вал (на ИМ)
Гидротрансформаторы, помимо упомянутых ранее достоинств ГМ, обладают свойством автоматического бесступенчатого изменения передаточного числа в зависимости от момента сопротивления на турбинном колесе. Это свойство дает возможность использовать гидротрансформатор в трансмиссии машины как коробки передач с бесступенчатым изменением передаточного числа. Однако при этом в трансмиссии должен быть установлен дополнительный механический редуктор для получения заднего хода. 2    з    Гидротрансформаторы (ГТ) (рису
нок 3.7) имеют три рабочих колеса: насосное 3, турбинное 2 и реакторное 4. Последнее может быть установлено неподвижно или на обгонной муфте 5. При работе гидротрансформатора масло захватывается лопатками вращающегося насосного колеса 3, отбрасывается центробежной силой к наружной окружности и попадает на лопатки турбинного колеса 2. Благодаря создаваемому при этом напору колесо приводится в движение вместе с выходным валом 1. Затем жидкость поступает на лопатки неподвижно за-Рисунок 3.7-Гидротрансформатор, крепленного реакторного колеса 4, 1 - выходной вал; 2 - турбинное колесо; ~    л    изменяющего направление потока жид- 3 - насосное колесо; 4 - реакторное колесо;    ^    ^ 5 - обгонная муфта; 6 - входной вал    КОСТИ, И ОПЯТЬ поступает К HaCOCHOMy колесу, непрерывно циркулируя по замкнутому кругу внутренней полости рабочих колес и участвуя в общем вращении с колесами. Лопатки неподвижного реакторного колеса изменяют направление проходящего через него потока жидкости. На лопатках реактора возникает усилие, вызывающее появление реактивного момента. Таким образом, реактор дает возможность получать на валу турбинного колеса крутящий момент, отличающийся от момента, передаваемого двигателем. Если реактор неподвижен, то при изменении внешней нагрузки в ГТ преобразуется не только скорость, но и крутящий момент. При этом вне зависимости от внешней нагрузки момент и угловая скорость на насосном колесе (т.е. и на валу ДВС) изменяются незначительно, чем обеспечивается защита ДВС от перегрузок. Максимальный КПД ГТ составляет г| = 0,85.. .0,87. Если реакторное колесо установлено на обгонной муфте, она включается автоматически при малых нагрузках, вследствие чего реакторное колесо вращается вместе с насосным и турбинным колесами. В этом случае ГТ работает в режиме ГМ с более высоким КПД. ГТ классифицируют по ряду основных признаков: 1)    по числу турбинных колес их разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатые ГТ просты и экономичны. Для расширения диапазона эксплуатации с высоким КПД реакторное колесо устанавливают на обгонную муфту (см. рисунок 3.7). При этом передача может работать в режиме гидротрансформатора при неподвижном реакторном колесе и переходить в режим гидромуфты при его вращении. В ряде случаев комплексные гидропередачи выполняют с двумя реакторами; 2)    по направлению потока жидкости различают ГТ с центростремительной, осевой и центробежной турбинами. На современных машинах применяют гидротрансформаторы только с центростремительной турбиной, которая располагается в рабочей полости ГТ точно напротив насосного колеса. В двух- и трехступенчатых ГТ различные ступени турбинных колес выполняют центробежными и центростремительными; 3)    по влиянию нагрузки на валу турбины на режим работы насоса различают ГТ с непрозрачной и прозрачной характеристиками. У ГТ с непрозрачной характеристикой при изменении крутящего момента на турбинном колесе не меняется крутящий момент на насосном колесе, которое связано с валом двигателя. В результате двигатель работает в постоянном нагрузочном режиме. У ГТ с прозрачной характеристикой при изменении крутящего момента на турбинном колесе меняется крутящий момент на насосном колесе. Это позволяет изменять крутящий момент при изменении нагрузки на валу двигателя. Таким образом, гидродинамическая передача, передающая крутящий момент без его преобразования, - это гидромуфта, а передача, преобразующая крутящий момент, - гидротрансформатор. ГМ по сравнению с фрикционными сцеплениями, применяемыми в механических трансмиссиях, имеют следующие преимущества: значительно снижают динамические нагрузки в двигателе; не требуют регулировок в эксплуатации; упрощают управление и повышают проходимость машины. Однако они не обеспечивают «чистоты включения», что затрудняет переключение передач в механических коробках передач с разрывом потока мощности, а также снижает на 2-4 % КПД трансмиссии, так как они всегда работают со скольжением. По этой причине ГМ применяются реже по сравнению с гидротрансформаторами. ГТ широко применяют в приводах дорожных машин, машин для земляных работ, где с изменением внешних нагрузок следует автоматически изменять рабочие скорости, а также снижать динамические нагрузки при сто-порении рабочих органов при встрече с непреодолимым препятствием. Их недостатками являются сравнительно низкий КПД, что вынуждает увеличивать мощность силовой установки; передача мощности только на расстояния, ограниченные их габаритными размерами, а также передача только вращательного движения. Необходимо отметить, что ГТ в качестве коробки передач применяется редко, так как диапазон его силового регулирования относительно мал (коэффициент преобразования момента Кпр < 2,5...4). Для его увеличения ГТ сочетают с механическими коробками передач. Большой эффект дает совмещение механических трансмиссий с ГДП, Последние обеспечивают быстрый разгон и торможение, хорошо гасят крутильные колебания, выполняют функции автоматических бесступенчатых коробок скоростей и согласовывают работу механизмов, получающих энергию от одного приводного двигателя. Например, на одноковшовом экскаваторе ЭО-5111Б вместо главной муфты применен гидротрансформатор, который выполняет предохранительные функции. ГТ надежно ограничивает нагрузки, передаваемые от механизмов одноковшового экскаватора к двигателю. Так, при мгновенной остановке трансмиссии эти нагрузки в несколько раз превышают номинальные. Как правило, гидромеханической трансмиссией считают систему передач, содержащую ГДП, с приводом от ДВС. Все возможные схемы соединений коленчатого вала ДВС с валом насосного колеса ГТ можно разделить на схемы с последовательным и параллельным включением. При последовательном соединении диапазон регулирования передаточных чисел большой, но КПД передачи - более низкий. При параллельном соединении КПД передачи увеличивается. В машинах для земляных работ в основном используют схему с последовательным включением. На рисунке 3.8 показаны распространенные структурные схемы соединений коленчатого вала ДВС с валом насосного колеса ГДП: ГДП применяют в основном на мощных колесных и гусеничных маши-нах в сочетании с планетарными коробками передач, на промышленных тракторах малой и средней мощности используют взаимозаменяемые трансмиссии (ГТ на механическую ступенчатую коробку передач). По-видимому, в дальнейшем механические коробки передач на промышленных тракторах не смогут конкурировать с ГДП, особенно на мощных машинах. Перспективным является применение в тракторных трансмиссиях блоки руемых ГМ и комплексных ГТ. Рисунок 3.9 - Схема привода хода карьерного самосвала БелАЗ: 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - электрогенератор; 3 - блок управления; 4 - электрокабель; 5 - мотор-колесо
4/1-1    \2 Рисунок 3.8 - Структурные схемы соединений коленчатого вала ДВС с валом насосного колеса ГДП: а - непосредственное соединение ДВС и ГТ; 6- непосредственное соединение ДВС и ГТ с отбором мощности на привод вспомогательных механизмов; в - соединение через промежуточный редуктор с отбором мощности на привод вспомогательных механизмов; 1 - ДВС; 2 - ГТ; 3 - исполнительный механизм; 4 - редуктор; 5 - вспомогательные механизмы


В электрических трансмиссиях крутящий момент двигателя передается к исполнительным механизмам, как правило, с помощью электрогенератора постоянного тока, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания. Обратным преобразователем тока в механическую энергию в большинстве случаев является тяговый электродвигатель с последовательным возбуждением, имеющий большой пусковой крутящий момент. При работе под нагрузкой такие электродвигатели обладают хорошей способностью к саморегулированию: с повышением нагрузки его крутящий момент увеличивается, а с понижением уменьшается. Эта способность электродвигателя обеспечивает бесступенчатое регулирование параметров электрической трансмиссии. На рисунке 3.9 представлена схема привода хода БелАЗа, содержащего электрическую трансмиссию. Эти трансмиссии имеют следующие достоинства: -    бесступенчатое регулирование крутящего момента на ведущих колесах; -    свободный выбор колесной формулы машины и простота ее общей компоновки; -    упрощение механической части трансмиссии; -    возможность реализации на мотор-колесе большой мощности. К недостаткам электрической трансмиссии следует отнести сравнительно низкий КПД и большую массу агрегатов трансмиссии. Электрические трансмиссии имеют наименьшую область применения. Их используют на мощных и сверхмощных машинах, в частности, на промышленных тракторах большой мощности (более 650 кВт) и большегрузных самосвалах. Электрическую трансмиссию, выполняющую роль коробки передач в сочетании с другими агрегатами механической трансмиссии, называют электромеханической. Электрические трансмиссии выполняют по двум принципиальным схемам: а)    источник электрической энергии - генератор - находится непосредственно на машине и приводится в действие от двигателя внутреннего сгорания машины. Такая схема применяется на тракторах и самосвалах; б)    источник электрической энергии находится вне машины, электрическая трансмиссия преобразует электроэнергию, поступающую извне, в механическую электродвигателя (например, в гусеничных кранах). Эту схему можно назвать комбинированной, так как для автономной работы может подключаться двигатель внутреннего сгорания, установленный на машине. 3.4 Системы управления Система управления - это совокупность приборов и устройств для управления машиной, позволяющих контролировать работу двигателя, механизмов привода, рабочего оборудования и воздействовать путем изменения величины и направления скоростей, моментов и усилий. Система управления состоит: 1)    из пульта управления с органами управления (приборами, педалями, рукоятями, кнопками); 2)    системы передач (тяг, рычагов, распределителей, золотников, трубопроводов); 3) исполнительных механизмов, включающих двигатели, тормоза, муфты и пр. Основными параметрами систем управления являются: 1)    усилия, развиваемые на исполнительном органе; 2)    скорости движения рабочего звена исполнительного органа; 3)    число и продолжительность включений в единицу времени (час); 4)    быстрота срабатывания; 5)    КПД. В зависимости от этих параметров подбирают соответствующий тип системы управления (в частности, по конструктивному исполнению, степени автоматизации, необходимости усиления). Системы управления классифицируют по ряду основных признаков: 1)    по назначению различают системы управления двигателями, установкой рабочих органов, муфтами и тормозами; 2)    по конструктивному исполнению системы управления разделяют на механические рычажные, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные (гидромеханические, электропневматические); 3)    по степени автоматизации системы управления подразделяют на неавтоматизированные (ручные), полуавтоматические и автоматические. В свою очередь, неавтоматизированные (ручные) системы управления могут быть непосредственного действия или с усилителями (системы с сервоприводом). 1) Системы управления непосредственного действия используются, если 1.5    <F < 40Н усилие и ход перемещения для руки: 0,12 < L < 0,25м 1.5    < F < 80 Н 0,12 < L < 0,2 м}- усилие, ход перемещения и угол поворота для ноги. а <60° Передаточные числа и назначают обычно в пределах: -    для хода педали - от 24 до 40; -    угловое (для штурвала) - от 18 до 24. Меньшие значения и применяют для легких, большие - для тяжелых машин. Системы управления непосредственного действия могут быть механическими (усилия машиниста передаются исполнительному органу через систему рычагов и тяг) и гидравлическими (передача усилий рабочей жидкостью). Затраты мощности в любом случае не должны превышать 40-50 Вт (средние физические возможности человека при длительной работе). Особенность силовых установок непосредственного действия состоит в том, что на их работу не расходуется мощность силовой установки. 2) Системы управления с усилителем - машинист лишь включает и выключает элемент привода системы управления, а для воздействия на привод применяют пневматическое, гидравлическое или электрическое усиления. В полуавтоматических системах управления автоматизировано управление только некоторыми операциями. При полной автоматизации роль оператора сводится к подаче сигналов о начале и окончании работы, а также к настройке системы на определенную программу управления рабочим процессом машины. В любом случае усилитель представляет собой своего рода трансмиссию, которая передает часть мощности силовой установки для включения исполнительных органов рабочего оборудования и механизмов. Различают и используют электромагнитные, электронные, электрома-шинные (для передачи больших мощностей), а также гидравлические и пневматические усилители. Электромагнитные усилители отличаются простотой конструкции, сравнительно малыми размерами, высокой стабильностью характеристик и малой стоимостью. В них используется свойство изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов в зависимости от величины постоянного подмагничивающего поля. Электромагнитные реле клапанного типа с втяжным или поворотным якорем, работающие как на переменном, так и на постоянном токе, используют в качестве переключателей в системах автоматики. Электронные (полупроводниковые) усилители отличаются долговечностью, малыми размерами и массой, экономичностью, мгновенной готовностью к работе, высоким коэффициентом усиления, вибро- и ударостойкостью, а также способностью усиления слабых сигналов и большим диапазоном усиливаемых частот. Электромашинные усилители применяют в качестве усилителей мощности для управления объединенными с ними исполнительными элементами постоянного тока. Простейшие усилители представляют собой систему из вспомогательного двигателя и генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Управление напряжением генератора производят изменением тока в обмотке возбуждения. Достоинством этих усилителей является возможность управления большими мощностями, высокий коэффициент усиления (до 104) и сравнительно малая инерционность. Гидравлические и пневматические усилители применяют в системах гидро- и пневмоавтоматики. Достоинства этих усилителей - высокая помехоустойчивость, большой коэффициент усиления, возможность управления исполнительными элементами большой мощности. Как правило, эти усилители выполнены с исполнительными элементами как единый механизм. Механические усилители на машинах для земляных работ не используются из-за их несовершенства. В качестве примера гидравлической системы управления непосредственного действия можно показать широко распространенную схему управления тормозом (рисунок 3.10). При нажатии машинистом на педаль 7 из напорного цилиндра 5 по гидролинии 4 рабочая жидкость вытесняется в рабочий цилиндр 3 и перемещает его поршень. Поршень связан с рычагом 9 исполнительного механизма ленточного тормоза 1 (или муфты). Утечки жидкости пополняются из бачка 6. Система возвращается в исходное положение пружинами 2 и 8. Передаточное число этой системы Рисунок 3.10- Передача усилия в гидравлической системе управления тормозом
(3.14)
где ир, ит - передаточные числа гидравлической и рычажной систем, и.
d't.. dc, — диаметры гидроцилиндров управления.
Системы управления должны обеспечивать энергосберегающее регулирование работы их механизмов и агрегатов, эффективную и безопасную эксплуатацию машин. Кроме того, они должны быть удобными и комфортабельными для машинистов. В современных строительных и дорожных машинах для их управления используют микроэлектронные интегральные схемы, которые являются основой микропроцессоров и микро-ЭВМ. Микропроцессор представляет собой программно-управляемое устройство, которое осуществляет обработку поступившей информации и управление этим процессом. Бортовые микропроцессорные системы машин обеспечивают программирование арифметических и логических операций, а также управление исполнительными устройствами и системой в целом, включая информационное обеспечение (сбор, обработку и выдачу информации). В общем случае в состав бортовой микро-ЭВМ входят следующие элементы: 1)    устройства входа (сигналы от датчиков) и выхода (управляющие сигналы на исполнительные устройства); 2)    оперативное и постоянное запоминающее устройство; 3)    микропроцессор и соединительные элементы. Основой микропроцессорной системы (рисунок 3.11) является модель реально протекающего процесса. Она включает три основных компонента: 1) модельное состояние, описывающее реальный процесс во времени; 2) функцию модификации состояний, т. е. переход от одного модельного состояния к другому на основании сигналов датчиков; 3) функцию предсказания, т.е. установление требуемого модельного состояния и формирование набора машинных команд исполнительным органам. Планирование стратегии Задача системы Функция модификации состояний
Функция предсказания
Привод рабочего органа
Выдача команды на исполнительные органы
Обновление модельного состояния
Модельное состояние время, усилия, давление, скорость и другие характеристики Двигатель Гидротрансформатор Коробка передач Рисунок 3.11- Основные компоненты микропроцессорной программы управления машинами Применение в строительных и дорожных машинах микропроцессорной техники обеспечивает повышение качества и безопасности выполняемых работ, а также увеличение производительности за счет оптимизации режимов работы машин по критериям минимального потребления топлива и наименьших нагрузок на основные узлы, а также за счет постоянного контроля работоспособности узлов и агрегатов машин путем их автоматического диагностирования. Как правило, современные машины имеют системы управления, которые оснащены устройствами, обеспечивающими машинистам (операторам) полную информацию о работе узлов и механизмов. Для этого пульт управления оснащают информативной приборной доской, на которой указаны наиболее важные характеристики машины, в том числе: - число оборотов двигателя; -    количество часов работы за сутки; -    сведения о наличии топлива в баке; -    данные о степени загрязнения воздушного фильтра; -    температура воды в системе охлаждения силовой установки. Управление рабочим оборудованием осуществляется бортовым компьютером, который принимает и обрабатывает вводимые команды для элементов системы управления и узлов машины. Для удобства регулирования режимами работы агрегатов и механизмов рычаги управления имеют большое число (20 и более) функций (без дублирования операций). Рычаги, как правило, оснащают микроджойстиками, которые позволяют легко реализовывать необходимые функции. Кроме того, широко используют сенсорные датчики и клавиши. С увеличением мощности дорожных машин предпочитают использовать электронные системы управления, которые обеспечивают «щадящий» режим эксплуатации машин. В частности, электрогидравлические передачи в системе управления экскаваторов обеспечивают ряд преимуществ как в рабочем, так и в транспортном режимах. Так, автоматическое гашение колебаний рабочего оборудования способствует снижению удельных нагрузок, повышению долговечности металлоконструкций; при передвижении достигается более равномерное перемещение экскаватора, в том числе по неровной поверхности. Эффективность управления машинами повышается за счет использования специальных датчиков, регистрирующих положение и другие характеристики рабочего оборудования, в результате чего позиция рабочих органов находится под постоянным контролем машиниста. Таким образом, применение в системах управления микропроцессорной техники и автоматических устройств, а также электрогидравлических передач значительно повышает эффективность регулирования агрегатов и механизмов машин для обеспечения оптимального режима эксплуатации в зависимости от действующих на них нагрузок. Автоматизация управления строительными и дорожными машинами ведется по нескольким основным направлениям. Во-первых, это управление пространственным положением рабочих органов машин для получения необходимого профиля и уклона планируемой поверхности. Это направление обеспечивается унифицированным рядом систем автоматики типа «Профиль» с микроэлектронными блоками управления (автономными, копирны-ми и комбинированными). Автономные системы обеспечивают контроль положения рабочих органов относительно вертикали с помощью бортовых датчиков (как правило, маятникового типа). В копирных системах датчик, установленный на одной стороне машины, по ходу контролирует положение рабочего органа в соответствии с заданным профилем: по тросу, лучу лазера, точно построенной полосе дороги или бордюру. В комбинированных системах требуемый уклон рабочего органа в поперечной плоскости обеспечивается автономным датчиком, а его высотное положение - по ко-пирному устройству. Во-вторых, автоматизация наиболее энергоемких технологических процессов. Для оптимизации и регулирования рабочих процессов разработаны унифицированные системы типа «Режим». При этом изменение тяговоскоростных характеристик машин позволяет управлять нагрузкой при автоматическом заглублении и выглублении рабочего органа. Управляющим параметром может быть скорость машины, частота оборотов двигателя или гидротрансформатора, угловое положение тяговой рамы или толкающего бруса. Стабилизация каждого из этих параметров осуществляется при заданных ограничениях на другие. В строительных машинах эта система может использоваться как автономно, так и совместно с системами типа «Профиль». И, наконец, в-третьих, это создание на базе лазерной и микропроцессорной техники комплексной системы дистанционного программного или автоматического управления машинами, а также приборов оперативного контроля качества укладываемых дорожно-строительных материалов. Системы управления с помощью лазерной техники обеспечивают и контролируют требуемые высотные отметки, продольный и поперечный профиль разрабатываемых и укладываемых дорожно-строительных материалов для каждой машины. Для машин, занятых строительством дорог, разработан комплект аппаратуры «Дорога». 4 ХОДОВЫЕ СИСТЕМЫ Ходовые системы представляют собой устройства для перемещения машины и устойчивого оиирания на основание при работе. Они включают ходовое устройство (движитель), подвеску, опорную раму или оси, а также механизм передвижения. Ходовое устройство (движитель) предназначено для передачи нагрузок от машины на опорную поверхность. (Движитель -механизм, преобразующий вращательное движение ведущих колес в поступательное движение машины). Оно перемещает машину и изменяет направление ее движения. Механизм передвижения предназначен для привода ходовых устройств при рабочем и транспортном положениях. Конструкция механизма передвижения зависит от типа привода, а также необходимой скорости и маневренности машин. В быстроходных гусеничных машинах для включения и выключения гусениц служат бортовые фрикционы, причем в ряде конструкций левую и правую гусеницы включают в разные стороны, что дает возможность совершать поворот на месте. В тихоходных машинах (одноковшовых экскаваторах) ведущие колеса приводятся во вращение зубчатыми и цепными передачами (их включают и выключают кулачковыми муфтами, что возможно лишь при остановке машин). В машинах для скоростного строительства дорог каждая гусеница имеет индивидуальный привод. У некоторых машин (землеройно-транспортных и многоковшовых экскаваторов) ходовые системы участвуют непосредственно в рабочем процессе. Они обеспечивает тяговые (рабочие) усилия, необходимые для разработки и перемещения грунта (для ЗТМ). В зависимости от условий работы и назначения машин различают (и применяют) следующие виды ходовых систем: гусеничные, пневмоколесные, шагающие, рельсовые, комбинированные (пневмоколесно-рельсовые и гусенично-рельсовые). Наиболее распространены гусеничные и пневмоко-лесные. Шагающее ходовое оборудование применяют при разработке грунтов и полезных ископаемых в карьерах экскаваторами-драглайнами, а также для гидромеханизации земляных работ (шагающие гидромониторы и землесосные установки). Комбинированные ходовые системы используют для машин с широкими технологическими возможностями. Шагающий ход обеспечивает низкое давление на грунт и большую маневренность, не требует подготовки пути, но обладает очень малыми скоростями передвижения (до 0,5 км/ч). Основными показателями ходовых систем являются скорость передвижения, проходимость и маневренность. Проходимость машины в основном определяется глубиной колеи, образуемой в результате взаимодействия ходового устройства с грунтом, дорожным просветом (клиренсом) - расстоянием от наиболее низкой части машины (кроме движителя) до опорной поверхности и сцепными свойствами ходового устройства. Глубина колеи h (м) увеличивается с ростом давления р (МПа) на контактной поверхности между опорной частью ходового устройства и грунтом. Эти величины связаны между собой зависимостью h = ~,    (4.1) где с - коэффициент постели, с = 0,1.. .0,5 МПа/м (для свеженасыпанного песка и мокрой размягченной глины); с-20... 100 МПа/м (для полускаль-ных грунтов, известняков, песчаников, мерзлоты). Более высокой проходимостью обладает гусеничное ходовое оборудование, которое имеет развитую опорную поверхность движителя, обеспечивающую относительно низкие удельные давления на грунт и меньшую, чем у пневмоколесных машин осадку. Гусеничные движители не теряют своей транспортной способности даже при погружении в грунт до половины своей высоты. В то же время они уступают пневмоколесным по скорости передвижения, которая для большинства гусеничных машин не превышает 10 км/ч. Маневренность характеризуется радиусом разворота и шириной дорожного коридора. В зависимости от вида привода гусеничные машины могут разворачиваться относительно одной заторможенной гусеницы (при групповом приводе) и относительно собственной оси (при индивидуальном приводе включением гусениц на движение во взаимно противоположных направлениях). Ширина дорожного коридора является шириной следа разворачивающейся машины. Этим параметром определяется вписываемость машины в схему трассы передвижения. Ширина дорожного коридора зависит от угла поворота. 4.1 Гусеничные ходовые системы (ГХС) Они воспринимают значительные нагрузки при сравнительно низком давлении (до 0,02-0,03 МПа) на грунт, обеспечивают хорошую маневренность, высокие тяговые усилия, позволяют преодолевать большие уклоны (до 23°). Это дает возможность перемещения машины по слабым грунтам даже при погружении до половины высоты гусеницы (при наличии клиренса). К недостаткам относятся: 1)    большая масса (40-60 % от массы машины); 2)    сложность конструкции и быстрый износ отдельных деталей; 3)    низкий КПД (0,65-0,75). Гусеничный ход, как правило, используют в пределах строительных площадок. Гусеничные ходовые системы приводятся в движение от ДВС через механическую, гидравлическую или электрическую трансмиссии. В случае механической трансмиссии реализуется схема группового привода, в остальных случаях - схема индивидуального привода. ГХС (рисунок 4.1) могут быть двух- и многогусеничными. Двухгусеничные применяют для машин массой до 1000 т. При большей массе используют сложные многогусеничные (до 16) системы. 4
Рисунок 4.1 - Гусеничная ходовая система: 1 - приводное колесо; 2 - рама; 3 - гусеница; 4 - натяжное колесо; 5 - опорный каток; 6 - вспомогательный каток Основой ГХС (см. рисунок 4.1) служит механизм, состоящий из замкнутой цепи (гусеницы) 3, натянутой между приводным 1 (ведущей звездочкой) и натяжным 4 колесами, и катков 5, передающих нагрузку от машины через рабочую ветвь цепи на опорную поверхность. Гусеницы классифицируют по ряду признаков. По типу различают гусеницы гребневого и цевочного зацеплений. У гребневых гусеничные ленты состоят обычно из литых звеньев, шарнирно соединенных между собой пальцами. С внутренней стороны лента имеет гребни, чередующиеся с впадинами, а с наружной - развитую в ширину гладкую поверхность, которой гусеница взаимодействует с опорным основанием. По периферии ведущего колеса имеются кулачки, входящие во впадины внутренней поверхности гусеничной ленты. В случае цевочного зацепления гусеничная лента состоит из соединенных пальцами с втулками литых звеньев гусеничной цепи, к которым с наружной стороны болтами с гайками прикреплены башмаки с ребрами (грун-тозацепами) из стального проката. По конструкции гусеницы разделяют на много- и малоопорные (рисунок 4.2). б)
а) Рисунок 4.2 - Конструкция гусениц: а - многоопорные; 6 - малоопорные Многоопорные гусеницы имеют сравнительно большое число катков малого диаметра, оси которых закреплены на гусеничной раме. Их используют на грунтах малой и средней крепости, т.к. давление на грунт распределено равномерно (число звеньев цепи незначительно больше числа катков). Но при этом затруднено преодоление препятствий. Малоопорные гусеницы имеют малое число катков большого диаметра, что обеспечивает преодоление препятствий и работу на скальных и других крепких грунтах. В связи с особенностями работы дорожно-строительных машин (движение в различных грунтовых условиях, относительно высокие скорости, большие динамические нагрузки, действующие во всех плоскостях) в конструкциях гусеничных ходовых устройств предусматривается подвижность гусениц относительно друг друга в вертикальной плоскости и защита звездочек от ударных нагрузок, а также использование упругих элементов в подвеске опорных катков и натяжных устройствах (пружины, рессоры, тор-сионы) для смягчения динамических нагрузок и лучшей вписываемости в профиль трассы. По типу подвески гусеницы разделяют на жесткие, полужесткие и упругие (мягкие, гибкие) (рисунок 4.3). a)

Рисунок 4.3 - Разновидности подвесок: а - жесткая: б - упругая (1 - каретка; 2 - балансир) У жестких гусениц опорные катки соединены с рамой шарнирно, что обеспечивает дешевизну и простоту, но ограничивает скорость движения до 5 км/ч (т.к. нет амортизации). Жесткая подвеска в основном используется на тихоходных машинах (погрузчиках). Ходовая система с жесткой подвеской обладает повышенной грузоподъемностью и устойчивостью, обеспечивает на мягких грунтах сравнительно равномерное распределение давления массы агрегата с грузом по опорной поверхности. У полужестких гусеничных подвесок гусеницы сзади крепят, как правило, на раме шарнирно, а спереди через демпфирующие устройства - рессоры или пружины. Полужесткая подвеска (с вынесенной осью качания) на большинстве грунтов обеспечивает достаточно высокие тягово-сцепные свойства и удовлетворительную плавность хода при скоростях движения до 10 км/ч. Она обладает высокой надежностью при работе на всех категориях грунтов (включая мерзлые и скальные), конструктивно проста и отработана, что позволяет создавать модификации трактора с увеличенными базой, колеей и шириной гусениц. Наличие упругого элемента в подвеске, поглощающего толчки и удары, передаваемые раме трактора, снижает утомляемость оператора и способствует увеличению срока службы систем всего агрегата вследствие большой плавности хода при транспортных режимах. В то же время в рабочем режиме такая подвеска создает ряд неудобств, поэтому часто предусматривают способы ограничения или полной ликвидации податливости подвески. Для подрессоривания рамы трактора, как правило, используют поперечную балансирную балку, которая своей свободной частью шарнирно соединяется с рамой, а концами - через резиновые подушки или шкворни - опирается на тележки гусениц. Кроме того, на коромысле самой балки также установлены амортизаторы. Так обеспечивается трехточечная подвеска рамы, а тележки гусениц имеют возможность совершать качательное движение на задней оси, соединяющей их с рамой трактора. У упругих гусениц опорные катки соединяют в балансирные каретки (тележки) или снабжают индивидуальными подвесками (рисунок 4.4). Рисунок 4.4 - Гусеничные ходовые системы дорожно-строительных машин: 1 - рама гусеничной тележки; 2 - опорные катки; 3 - ведущая звездочка; 4 - натяжной каток; 5 - гусеница; 6 - рессора; 7 - рама; 8 - балансиры; 9 - шарнир; 10 - ось качания; 11 - пружина; 12 - торсион; 13 - заделка торсиона в гнезде рамы; 14 - одинарный балансир В целях предохранения ведущей звездочки и направляющего колеса от поломок, а также повышения проходимости машин звездочки устанавливают выше опорных катков. Однако при этом уменьшается опорная поверхность, увеличивается вылет рабочего оборудования от опорной точки, в результате чего может снижаться устойчивость машин. Гусеничные ходовые системы дорожно-строительных машин выполняют с подвесками следующих типов: 1)    полужесткой с балансирной рессорой, например на тракторе Т-170 (рисунок 4.4, а); 2)    балансирной с подрессориванием цилиндрическими пружинами, например на тракторе ДТ-75 (рисунок 4.4. б): 3)    торсионно-балансирной, например на тракторе Т-180 (рисунок 4.4, в); 4)    торсионной с индивидуальным подрессориванием каждого катка, например на тракторах ДЭТ-250, Т-330 (рисунок 4.4, г). По наличию гусеничной рамы (тележки) различают рамные и безрамные гусеничные устройства. Рама, которая является основой машины, состоит из двух продольных балок, жестко соединенных снизу передним и задним поперечными брусьями. Гусеницы могут иметь опорные катки (открытые или закрытые), расположенные снаружи или внутри. Ведущая звездочка может быть спереди или сзади. Звенья гусениц льют или штампуют из стали повышенной вязкости (марганцовистой), а пальцы делают из более мягкого материала. В ряде случаев в звенья запрессовывают закаленные втулки из легированной стали, что повышает долговечность звеньев. Гусеницы оснащают дополнительным оборудованием: 1)    для восприятия боковых усилий (при повороте машины) звенья снабжают двойными или одинарными ребордами; 2)    для работы в зимних условиях или грунтах, не обеспечивающих необходимого сцепления, применяют съемные шипы или шпоры; 3)    для работы на слабых грунтах используют резинометаллические гусеницы (специальные резиновые ленты, армированные высокопрочной проволокой со штампованными звеньями). Важными параметрами ГХС являются давление на грунт, развиваемые тяговые усилия при различных скоростях движения, характеристики геометрической поверхности (радиус поворота, ширина полосы поворота, углы въезда и съезда, клиренс и др.). Среднее давление для двухгусеничных машин определяют по формуле РсР=—>    (4-2) где т - масса машины, кг; Ь,1 — ширина и длина опорной поверхности одной гусеницы, м. В тяговых расчетах ГХС раздельно определяют составляющие сопротивления, которые потом суммируют для конкретных расчетных условий. Расчеты показывают, что режим поворота требует большой силы тяги, поэтому он и является расчетным. 4.2 Пневмоколесные ходовые системы (ПХС) ПХС позволяют развивать высокие транспортные скорости и обеспечивают более высокую мобильность и долговечность узлов машин, чем гусеничные. Их применяют на машинах массой до 120-160 тонн. В то же время ПХС имеют меньшие тяговые характеристики и меньшую проходимость. ПХС имеют следующие достоинства: 1)    хорошие маневрирование и мобильность; 2)    высокие скорости передвижения (до 60 км/ч); 3)    массу на 25-35 % меньше, чем гусеничное (при одинаковой мощности); 4)    высокий КПД (ц = 0,80...0,85); 5)    ресурс до 40 тыс. км (примерно в 20 раз выше ресурса ГХС). К недостаткам следует отнести: 1)    низкую проходимость; 2)    высокое давление на грунт (рср = 0,1... 0,4 МПа). Довольно широкое применение ПХС объясняется сочетанием функций движителя, преобразующего вращательное движение ведущих колес в поступательное движение машины, с многофункциональностью как поддерживающего устройства (передающего нагрузку от машины на основание); направляющего устройства (обеспечивающего сохранение или изменение направления движения машины) и упругого элемента (гасящего или уменьшающего колебания во время работы или перемещения). ПХС состоит из колес с пневмошинами, устанавливаемыми на мосты и оси. Привод ПХС имеет специальную трансмиссию. Пневмошина - это резинотканевая оболочка на ободе колеса машины с заключенным в ней сжатым воздухом. Шина состоит из покрышки с протектором (массивным резиновым слоем с выступами для лучшего сцепления с грунтом), каркаса, бортов для укрепления покрышки на ободе колеса, а также камеры для удержания воздуха (в колесах с камерами). В дорожных машинах применяют пневмошины: среднего давления (0,3-0,4 МПа), низкого (0,15-0,25 МПа), сверхнизкого (0,05-0,08 МПа). Низкое и сверхнизкое давление используют в машинах для земляных работ. Считается, что давление на грунт на 20-40 % выше, чем давление в шинах. Среднее давление на грунт Рц! = /<>!■,    (4.3) где Ки - коэффициент учета жесткости покрышки пневмошины, Ки= 1,2 ... 1,45; рср - давление воздуха в шинах, МПа. Для снижения давления на грунт (для повышения проходимости) используют шины большого диаметра и широкопрофильные, а также арочные, устанавливаемые вместо сдвоенных шин. Имеются разные типы протекторов (для земляных работ, для работы в каменных карьерах, универсальные и др.). Различают камерные и бескамерные пневмошины. Бескамерные имеют большую надежность, т. к. благодаря упругости материала при проколе сжимается отверстие и выход воздуха из шины затрудняется. Воздух накачивается в пространство между покрышкой и герметичным ободом колеса. Благодаря повышенной прочности и лучшему теплообмену через обод колеса их срок службы больше на 20 %, чем камерных. Марка шины имеет следующие обозначения. Для шин обычного профиля - две цифры через тире: первая - ширина профиля, мм; вторая - диаметр обода dKOJl (т. е. внутренний диаметр шины в мм или дюймах). Например: 320-508 или 12,00-20". Для шин широкого профиля - три цифры через знак умножения: первая - наружный диаметр колеса, мм; вторая - ширина профиля, мм; третья - диаметр обода, мм. Например: 1500 х 660 х 635. У большинства машин для земляных работ имеется четырехколесное двухосное ходовое устройство, кроме того, применяют ходовое устройство с 6-8 колесами (т. е. трех-четырехосное), кроме того существуют одноосные двухколесные тягачи. Характеристикой ходового устройства является колесная формула, состоящая из двух цифр: первая - число всех колес; вторая - число приводных колес. Самые распространенные: 4 х 2, 4 х 4, 6 х 4, 6 х 6. В пневмоколесном движителе различают приводные и управляемые колеса. Первые приводятся от ходовой трансмиссии, а вторыми управляют при изменении направления движения машины. Управляемые колеса могут быть одновременно и приводными. Для поворота машины используют как управляемые колеса, поворачиваемые относительно поворотных цапф, так и колеса с управляемой осью, поворачиваемой в плане относительно вертикального шкворня в ее средней части. В случае управляемых колес они приводятся от рулевой трапеции, длины звеньев которой подобраны так, чтобы обеспечить поворот колес с разными углами без бокового скольжения при передвижении на поворотах. Приводы пневмоколесных ходовых устройств дорожных машин могут иметь механическую, гидравлическую, а также электрическую и комбинированную трансмиссии. В механических и гидромеханических трансмиссиях ведущие колеса приводятся в движение попарно через дифференциальные механизмы (дифференциалы), обеспечивающие высокие скорости движения без проскальзывания. a
D
\


Рисунок 4.5 - Схема устройства ведущего моста с дифференциалом
На рисунке 4.5 представлена схема устройства ведущего моста с дифференциалом. Дифференциал соединяет полуоси ведущих колес с главной конической передачей, давая возможность каждому колесу вращаться с различной скоростью, что необходимо при повороте машины. Дифференциал состоит из главного конического колеса 1, жестко соединенного с коробкой 3 и приводимого во вращение от силовой установки машины через шестерню 2, двух ведомых конических зубчатых колес 6 и 9, жестко посаженных на ведущие полуоси 4 и 10 ходовых колес 5 и 11, и двух сателлитов 7, свободно посаженных на ось 8 и находящихся в постоянном зацеплении с колесами 6 и 9. Крутящий момент от зубчатого колеса 1 передается на коробку 3, вместе с которой вращается ось 8 и сателлиты 7, передающие вращение зубчатому колесу 6 с полуосью 4 и колесу 9 с полуосью 10. При движении по прямой ровной дороге все составные части дифференциала, а вместе с ними и полуоси с ходовыми колесами вращаются как одно целое. При повороте вправо ходовые колеса, их полуоси и зубчатые колеса 6 и 9 вращаются с разными скоростями, а сателлиты 7 обкатываются относительно зубчатого колеса 6, одновременно вращаясь относительно оси 8, и, вследствие зацепления с колесом 9, увеличивают его скорость. При повороте влево сателлиты обкатываются относительно зубчатого колеса 9, увеличивая скорость колеса 6. Этот дифференциал распределяет крутящий момент между приводимыми им полуосями поровну, а сумма скоростей двух полуосей всегда пропорциональна скорости ведущего вала. Это означает, что с уменьшением скорости вращения одной полуоси на столько же увеличивается скорость второй полуоси. В частности, при полной остановке одной полуоси, например, при буксовании, когда одно ходовое колесо находится на сухой, а второе - на увлажненной поверхности, скорость второй полуоси удвоится. В мощных дорожных машинах используют мотор-колеса. Мотор-колесо представляет собой автономный блок, состоящий из двигателя, муфты, редуктора, тормоза и колеса. Применение гидропривода с рабочим давлением
16-32 МПа позволяет размещать привод в ступице колеса. Это упрощает конструкцию трансмиссии за счет исключения коробок передач, раздаточных коробок, мостов, карданных валов, облегчает компоновку машины и повышает ее проходимость и маневренность, т.к. каждое колесо может быть приводным и поворотным. 4.3 Комбинированные ходовые системы Данный вид ходовых систем позволяет значительно расширить технологические возможности машин для земляных работ, т. к. обеспечивает возможность движения как по автомобильным дорогам, так и железнодорожным путям, выполнения различных операций по содержанию и ремонту автомобильных дорог и железнодорожных путей, а также использование машин в качестве локомобиля для маневровых и поездных работ. Из всего разнообразия вариантов конструктивного исполнения комбинированного хода наибольшее распространение нашли следующие: 1)    Пневмоколеса машины при установке на рельсовую колею заменяют металлическими ребордчатыми колесами. Недостатками данной схемы являются значительные затраты времени для перевода машины на рельсовую колею, а также невысокое тяговое усилие при движении по ней. 2)    На машину устанавливают дополнительные направляющие катки, представляющие собой ребордчатые металлические колеса на пружинной подвеске. Тяговое и тормозное усилия при этом реализуются за счет сцепления ведущих пневматических колес с рельсами и зависят от сцепной силы тяжести, состояния рельсов (влажность, загрязненность) и типа протектора пневмоколес, определяемых коэффициентом сцепления, который для пары «пневматическое колесо - рельс» выше, чем для пары «металлическое колесо - рельс» и составляет 0,68-0,85 для сухих и 0,35-0,45 для мокрых рельсов против 0,22-0,24 и 0,15-0,20 соответственно. Кроме того, дополнительные железнодорожные колеса могут быть приводными как от гидромоторов или механических передач, использующих мощность силовой установки базовой машины, так и от ее пневмоколес посредством опорно-приводных барабанов. При движении по автомобильным дорогам дополнительные железнодорожные колесные пары поднимаются до положения, при котором в контакте с дорогой находятся только ведущие задние и ведомые передние пневматические колеса. Для эффективной реализации схемы, в которой железнодорожные колеса являются направляющими, необходимо, чтобы колея ведущих колес машины совпадала с колеей железнодорожного пути или была несколько меньше ее. 3)    На ведущую ось с пневмоколесами дополнительно устанавливают металлические ребордчатые колеса, посредством которых машина движется по рельсам. Диаметр металлических колес выбирают несколько меньше диаметра пневмоколес, что позволяет машине двигаться по грунту без их демонтажа. Вместе с тем при движении по рельсам может быть затруднен проезд стрелочных переводов и переездов. 4)    На пневмоколеса надевают металлический ребордчатый бандаж или ленту с ребордами. Достоинство данной схемы заключается в том, что не требуется замена пневмоколес, полностью используется сцепной вес и амортизирующая способность пневмоколес и их подвески. Однако монтаж бандажей на пневмоколеса требует значительного времени и точности. 5)    Изготавливают специальные шасси с двумя видами движителей: пнев-моколесным и железнодорожным. Они имеют два основных конструктивных исполнения: с использованием балансирных тележек с железнодорожными колесами и с применением перпендикулярно расположенных осей. В первом случае при опускании на рельсы железнодорожных колес балансирных тележек происходит подъем машины до полного исключения касания пневмоколесами элементов верхнего строения пути. Движение производится посредством железнодорожных колес, приводимых от гидромоторов или механических передач. Во втором случае при заезде на рельсы поперек пути пневмоколеса поднимаются, а машина опускается на ребордчатые металлические колеса, которые имеют независимый привод. Установка машины на путь занимает небольшое время, однако компоновка машины требует, чтобы база пневмоколес была близка к ширине рельсовой колеи. Наибольшее распространение в отечественной и зарубежной практике получили машины, комбинированный ход которых выполнен по второму варианту. В частности, описанную выше конструкцию имеют транспортное средство на комбинированном ходу на базе шасси MA3-630308 (рисунок 4.6) (для круглогодичного содержания дорог, выполнения погрузочно-разгрузочных работ, благоустройства территорий, обслуживания мостовых и тоннельных сооружений на автомобильных и железнодорожных коммуникациях, а также ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций различного характера) и машина комбинированная железнодорожная МКЖ-416 на базе шасси Ш-406 «Беларус» (рисунок 4.7), разработанные кафедрой «Детали машин, путевые и строительные машины» Белорусского государственного университета транспорта по заказу Департамента транспортных войск Министерства обороны Республики Беларусь в рамках программы Союзного государства «Создание единой системы технического прикрытия железных дорог региона». Рисунок 4.6 - Машина на комбинированном ходу на базе шасси MA3-630308: 1 - шасси MA3-630308; 2 - грузовая платформа; 3 - гидроманипулятор; 4 - комбинированный ход Рисунок 4.7 - Машина комбинированная железнодорожная МКЖ-416 на базе шасси Ш-406 «Беларус»: 1 - шасси «Беларус» Ш-406; 2 - подъемно-рихтовочный блок; 3 - передняя навеска; 4 - задняя навеска; 5 - блок для установки шпал по меткам и разгонки стыковых зазоров Самую многочисленную группу машин на комбинированном ходу представляют гидравлические одноковшовые экскаваторы с пневмоколесным ходовым устройством, которые помимо обычных ковшей для выемки грунта можно оснащать таким сменным оборудованием, как траверсы для подъема и перемещения рельсов, захваты для укладки рельсов, струги и щетки для перемещения балластного материала и формирования балластной призмы, поворотные устройства для удаления растительности с пути, приспособления для замены шпал, а также подъемные площадки для доставки персонала непосредственно к конкретному объекту обслуживания или ремонта (рисунок 4.8). Гусеничные машины имеют три основные схемы приспособления для работы на рельсовой колее: 1) На машину устанавливают гусеницы со специальным профилем башмаков, имеющие реборду и площадку для опирания на головку рельса, что обеспечивает удержание машины на рельсовой колее и сохранение проходимости при движении по различным покрытиям (рисунок 4.9). Рисунок 4.9 - Ходовая часть гусеничной машины на комбинированном ходу: 1 - дополнительные опорные катки; 2 - опорные площадки кронштейнов дополнительных катков; 3 - кронштейны дополнительных катков; 4 - оси; 5 - пластины на башмаках для перекатывания дополнительных катков; 6 - основные опорные катки; 7 - направляющие гребни (реборды) башмаков; 8 - опорные площадки 2)    На машину устанавливают дополнительные подъемные катки, которые могут быть как неприводными и служить только для направления движения, так и приводными посредством гидромоторов или механических передач. 3)    Машину для движения по рельсам устанавливают на специальную низкорамную платформу (трейлер), привод железнодорожных колес которой осуществляется от гусениц или трансмиссии машины. Среди отечественных гусеничных машин наибольшее распространение получила первая схема, которая реализована в машинах различного назначения, базирующихся на гусеничном шасси (рисунок 4.10).
Рисунок 4.10 - Тракторный дозировщик балласта ТДГ-1: 1 - гидроманипулятор; 2 - трактор; 3 - визир; 4 - гидроцилиндр подъема лобового щита; 5 - рама подвески гидроцилиндра; 6 - лобовой щит; 7 - боковые крылья; 8 - гидрораспределитель; 9 - толкающая рама; 10 - поворотно-прицепное устройство; 11 - кронштейн гидроманипулятора
5 ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ Основой тяговых расчетов является уравнение тягового баланса, имеющее следующий вид: РСЦ>РК>Ш,    (5.1) где Рсц - сила сцепления приводных колес или гусениц с опорной поверхностью (по существу, это суммарная окружная сила всех движителей по условиям сцепления), Н; Рк - окружная сила всех движителей (приводных колес, гусениц), Н; W - сумма всех сил сопротивления движению машины, Н. Колесный или гусеничный движитель дорожной машины преобразует подводимый к нему от двигателя крутящий момент в силу тяги машины. Движение машины обеспечивает передаваемая двигателем и приложенная к ведущему колесу (к его шине) максимальная окружная сила Рк. В гусеничном движителе она передается через ведущую звездочку. Ведущее колесо радиусом гк вращается под действием крутящего момента на колесе Мк: ^к= —•    (5-2) Эта окружная сила расходуется на обеспечение рабочих усилий, а также на преодоление различных сопротивлений (передвижению, уклону, сил инерции, ветру, повороту). 1) Сопротивление передвижению Wa=fG,    (5.3) где/- коэффициент сопротивления передвижению (таблица 5.1); G - сила тяжести машины, Н. 2)    Сопротивление уклону Wy = Gsina,    (5.4) где a - угол уклона. При малых углах уклона sina «tga = /'.    (5.5) где iy - уклон. Тогда Wy = iyG.    (5.6) 3)    Сопротивление сил инерции где v - скорость машины в конце разгона или в начале торможения, м/с; /р - время разгона до v или торможения с г? до 0, с. Знак (+) - при разгоне, (-) - при торможении, поскольку при торможении сила инерции способствует продолжению движения. 4)    Сопротивление ветровой нагрузке (WB). При относительно малых скоростях движения дорожно-строительных машин (до 50 км/ч) ее в расчет можно не принимать. 5)    Сопротивление при повороте ( Wnов). Эти сопротивления возникают на криволинейных участках движения. 6)    Рабочие сопротивления (JVP). Землеройно-транспортные машины, а также некоторые другие машины при движении выполняют свои рабочие функции, испытывая при этом сопротивление обрабатываемой среды. Для каждого типа машин имеется свой набор рабочих сопротивлений. Общее сопротивление W=WK+Wy+WH+WB+ WnoB + Wp.    (5.8) В действительности эти сопротивления одновременно практически не возникают. При расчетах учитываются конкретные условия работы. Для того чтобы движение было возможным, необходимо, чтобы Рк была больше (или равна) W, включая и сопротивление качению самого ведущего колеса: (5.9)
Это необходимо, но недостаточно для движения. Усилия, передаваемые от двигателя ведущим колесам машины, можно реализовать лишь при условии, что между колесами и грунтом будет достаточно хорошее сцепление. Оно зависит от многих факторов (свойств и состояния поверхности грунта; типа, состояния и внутреннего давления в шине) и характеризуется коэффициентом сцепления фсц (см. таблицу 5.1). При этом сила сцепления где Осц - нагрузка на ведущие колеса (или гусеницы), т. е. сцепная сила тя- жести, Н. Г/сц машин, выполняющих при движении технологические функции (копание, уплотнение и др.), складывается из силы тяжести машины, приходящейся на ведущие колеса, и сил реакции обрабатываемой среды от взаимодействия с рабочим органом. G0II транспортных машин во время их движения складывается из сил тяжести машины и грунта, приходящихся на ведущие колеса (гусеницы). Отметим, что для машины со всеми ведущими колесами Gul[ - это полная сила тяжести машины с грунтом (грузом). Если же ведущими колесами являются не все колеса машины, то Рсп тем больше, чем выше нагрузка Gm на ведущие колеса. Таким образом, необходимым и достаточным условием движения машины является уравнение тягового баланса: PCJi>PK>W. (5.11)
Это выражение показывает, что Рк, получаемое колесом от двигателя, может преодолеть все W, а сила сцепления Рсц достаточна для реализации усилия Рк в движение машины. Какие другие варианты возможны? 1) Если Рсц >PK<W. То есть усилия на колесе недостаточны для преодоления сопротивления и при этом они меньше сил сцепления. Колесо не сможет продвинуться, и двигатель заглохнет. 2) Если Рсц <РК> W. В этом случае усилия на колесе превосходят силу сцепления колес с грунтом (например, на обледенелой дороге или глинистом влажном грунте) из-за малого фсц. Результат - колеса буксуют, и машина не трогается с места. Как правило, на первом этапе проектирования отсутствуют сведения о силовой установке (т. е. невозможно определить окружную силу Рк). Поэтому, полагая W = Рк, определяют мощность силовой установки N -—L,    (5.12) где vp - скорость рабочего хода, м/с. Таблица 5.1 - Коэффициенты сцепления фсц и сопротивления движению/ Условия движения Гусеничные тракторы Колесные тракторы Автомобили
Асфальтированная дорога:
- в сухом состоянии
0,03-0 ,05
0,014-0,018
0,012-0,02
- в мокром состоянии (чистая)
0,03-0 ,06
0,018-0,022
0,015-0,025
Г равийно-щебеночная дорога
0,02-0,025
0,035-0,06
Сухая грунтовая дорога
0,025-0,035
Снежная укатанная дорога
Глубокий снег
Обледенелая дорога
0,015-0,05
В ряде случаев необходимо проведение более точных тяговых расчетов гусеничного ходового оборудования. Уточненные тяговые расчеты выполняют для прямо- и криволинейного движения. Мощность двигателя принимают по большему тяговому усилию.
Прямолинейное движение. Наибольшее тяговое усилие определяют по сумме составляющих сопротивлений Т ~
YJW=WT+Wa+WB+Wy+ WK.    (5.13)
Суммарная сила сопротивления включает следующие составляющие:
1) WT - сопротивление в гусеницах,
WT=fTG,    (5.14)
где fT - коэффициент, характеризующий относительную величину внутренних сопротивлений в гусеницах;
[0,1 - для подшипников скольжения,
[0,05 - для подшипников качения (в опорных катках, в колесах).
2)    Н п - сопротивление инерции при разгоне
K=Kv—>    (5-15)
где кщ, - коэффициент, учитывающий вращающиеся массы;
/р - время разгона (fp = 2... 5 с) до скорости v.
Для гусеничных машин
£вр = 1,2 + 0,002и2.    (5.16)
Для пневмоколесных
*,р=1 + 0,05(1 + Нк2)^-,    (5.17)
где и - общее передаточное отношение от двигателя к валу ведущей звездочки гусеничной цепи; иК - передаточное отношение трансмиссии;
Сф - сила тяжести машины с нагрузкой, отличающейся от номинальной (т. е. с фактической нагрузкой).
3)    WB - ветровая нагрузка (при невысоких скоростях машины не учитывается):
WB=pBFB,    (5.18)
где ръ - наибольшее допускаемое давление ветра, Па;
FB - расчетная площадь наибольшей парусности машины (обычно площадь ее боковой поверхности), м.
4)    Wy - сила сопротивления при уклоне
5) WK- сила сопротивления перекатыванию
max
bm
к =
ip
(5.20)
где pmsK - максимальное давление под гусеницами с учетом их конструкции, Па; Ро - коэффициент сопротивления грунта смятию; Ъ - ширина гусеницы, м; т - число гусениц. Криволинейное движение. Предполагается, что машина совершает поворотное движение на горизонтальной площадке вокруг вертикальной оси, проходящей через центр тяжести одной из гусениц (рисунок 5.1). При этом наибольшее тяговое усилие определяют по суммарной силе сопротивлений: Рисунок 5.1 - Схема поворота машины на гусеничном ходу
£W = W +W +W .    (5.21) ПОВ г к в    v ' Суммарная сила сопротивления включает следующие компоненты: 1 \ т т/ пов    / 1 )W - сила сопротивления в гусеницах (в забегающей гусенице), где к - коэффициент, учитывающий увеличение внутренних сопротивлений при повороте от действия поперечных сил на катки; 1,2... 1,3, если R < 5Lr, 1, если R > 51Г; G3 - нагрузка забегающей гусеницы на грунт; /
\
G
2 г
(5.23)
где г - эксцентриситет результирующей силы тяжести, м. Л\ Т7-/ПОВ 2) WK - сила сопротивления перекатыванию та же, что и при прямолинейном движении. ТТ-7- ПОВ    _ 3) WB - сопротивление ветру то же, что и при прямолинейном движении. Имеется и более простой вариант расчета общей силы сопротивления при повороте. В этом случае где ц - коэффициент сил сопротивления повороту; 0,50 - бетон, сухой плотный грунт; (I = 0,65 - влажный плотный грунт; 0,80 - рыхлый влажный грунт. В тяговых расчетах пневмоколесного ходового оборудования наиболее общим случаем является взаимодействие колеса с грунтом, при котором деформируются и колесо, и грунт. При этом имеют место три фактора взаимодействия: сопротивление качению, скольжение и сцепление. Сопротивление качению зависит от многих параметров (физикомеханических свойств грунта и шины, в том числе модулей упругости и т. д.). Сопротивление качению снижается при повышении эластичности каркаса и увеличении радиуса пневматической шины. Сопротивление качению характеризуют коэффициентом сопротивления качению fK. Он численно равен отношению коэффициента второго рода а (трения качения) к силовому радиусу ведущего колеса гс. а)
б)

Рисунок 5.2 - Силовые схемы взаимодействия грунта с колесами: а - с ведущим; б - с ведомым Для ведомого колеса (рисунок 5.2) этот коэффициент равен отношению силы, приложенной к оси колеса, под действием которой происходит качение (Рх). к вертикальной нагрузке на колесо (GK). Коэффициент/ зависит от многих факторов и является переменной величиной, но в инженерных расчетах его заменяют константой. Отметим, что на практике гс принимают равным статическому радиусу колеса (т. е. расстоянию от его центра до опорной поверхности). Скольжение является характерной особенностью взаимодействия колеса с грунтом. Оно приводит к снижению скорости поступательного движения, энергетическим потерям и буксованию (т. е. проскальзыванию пневмошины по опорной поверхности в сторону, противоположную направлению движения машины). Характеристикой буксования является коэффициент буксования 5К, который находят из выражения 5к = 1 — Лок,    (5.26) где т|СЕ - скоростной КПД колесного движителя, п
своб
где иСВОб, /'/вед - суммарное число оборотов движителя в режимах свободного (ведомого) колеса и ведущего колеса соответственно за время прохода участка пути одинаковой длины. При изменении 5К от 0 до 1 сила тяги колесного движителя меняется от максимального значения до нулевого. При достижении силы тяги, соответствующей 5к = 1, колесо работает в режиме скольжения и его поступательное движение прекращается. Этот эффект связан со сцеплением колесного движителя с поверхностью качения, который, взаимодействуя с опорной поверхностью, преобразует крутящий момент, подводимый к нему от двигателя, в силу тяги. С увеличением крутящего момента Мд растет и сила тяги Т, но до определенного предела. Она ограничена условиями сцепления колеса с грунтом, т.е. реакцией грунта, которая зависит от силы трения колеса по опорной поверхности и сил зацепления протектора. Она характеризуется коэффициентом сцепления (изменяется в пределах от 0,1 до 1,0) ф=^^= Гтах +Pf ,    (5.28) R    R где Рк max - максимальная окружная сила, Н; Ттж - максимальная касательная составляющая реакции груша на колесо, Н; R - вертикальная составляющая реакции грунта, Н. При качении ведущего колеса на ось действуют GK (вертикальная нагрузка на колесо) и реакция от рамы машины (FK). Для качения необходимо к колесу приложить крутящий момент Л/,,. В месте контакта с грунтом возникают реактивные силы с равнодействующей RUOJ1 ( Т и R соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие реакции грунта). Из условия равновесия колеса (ЕМг = 0) Гс    Го — = РК    (5.30) Отношение -= Р - это окружная сила ведущего колеса. Поскольку r = FKn R = GK,    (5.31) то
Рк = Т + /KGK или Рк = T+Pf’    (5-32) где Pf =fKGK - сила сопротивления качению колеса, Н. Таким образом, под действием окружной силы Рк ведущего колеса создается сила тяги и преодолевается сопротивление передвижению (качению). Качение ведомого колеса, нагруженного вертикальной силой GK, происходит под действием силы Pf, приложенной к его оси. На участке контакта развиваются реактивные силы с равнодействующей Rllo]l. Из условия равновесия колеса (£М0 = 0): Pt-£R = P*-f&=0>    (5-33) рк = /А •    (5-34) Из (формулы 5.34) видно, что ведомое колесо преодолевает лишь сопротивление передвижению. Таким образом, окружная сила ведущих колес является движущей силой машины. Как отмечалось, она зависит от величины подводимого к колесу крутящего момента движителя Мк, связанного с крутящим моментом двигателя Мд уравнением мк = мяиЛ-,    (5.35) где иы - общее передаточное число трансмиссии; т|м - механический КПД трансмиссии; пкол - число приводных колес. Отсюда формула (5.2) будет иметь вид Ми л    N и л Д М Ш    т-,    Д М 1м РА ivi 4vi    тл    11 ivi *ivi к = - или рк = -»    (5.36) Г П    Г (О л с кол    с д кол где (Од - угловая скорость вращения вала двигателя, рад/с. Теоретическая скорость движения машины и
vT=r^,    (5.37) где г - номинальный (паспортный) радиус колеса, м; со“- номинальная угловая скорость вращения вала двигателя, рад/с. Действительная скорость движения с учетом коэффициента буксования ид = ит(1-5к).    (5.38) Таким образом, колесный движитель машины развивает окружную силу, величина которой определяется крутящим моментом (мощностью) двигателя, передаточным числом, КПД трансмиссии и ограничивается сцеплением движителя с опорной поверхностью. 6 КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Как отмечалось, в данном пособии рассматриваются машины для земляных работ. Земляные работы являются составной частью строительства большинства земляных сооружений. К их числу относятся: -    отрывка котлованов, траншей и мелиоративных каналов; -    возведение насыпей и плотин; -    устройство закрытых проходок в грунте в виде шахт и туннелей под различные подземные сооружения; -    бурение горизонтальных, наклонных, вертикальных скважин (при бестраншейной прокладке трубопроводов под насыпями железных и автодорог, для установок свайных опор в плотных грунтах, для закладки зарядов взрывчатых веществ при разработке грунта взрывом). Технологический процесс земляных работ обычно состоит из трех основных операций: 1)    разработка грунта (отделение части грунта от массива и извлечение этой разрушенной части грунта); 2)    транспортирование грунта (перемещение к месту укладки); 3)    укладка грунта в земляные сооружения (или в отвал). Нередко к этим трем операциям добавляют еще две: 1)    горизонтальная планировка (разравнивание) участков под сооружения; 2)    уплотнение грунта (в целях придания необходимой прочности, плотности и устойчивости). Кроме того, технологический процесс включает ряд вспомогательных операций, а именно: подготовку грунта к разработке (рыхление, удаление камней, корчевание пней, срезание кустарника и др.). Естественно, что состояние грунта, климатические условия, объемы и площади переработки, размеры и конструкции земляных сооружений (насыпей, выемок, котлованов и др.), технология и организация земляных работ влияют на выбор типоразмера соответствующей машины. Для облегчения анализа различных видов и типов машин очень важно провести их классификацию. Машины для земляных работ классифицируют по различным признакам. По назначению эти машины разделяют на ряд групп, из которых выделим следующие: -    землеройные; -    землеройно-транспортные; -    для подготовительных и вспомогательных работ; -    грунтоуплотняющие; -    для гидромеханизации. Землеройные машины предназначены для выполнения преимущественно одной операции - отделения грунта от массива (и перемещения за счет энергии своего двигателя). Поэтому они оснащены мощным рабочим органом и имеют сравнительно слабо развитое ходовое оборудование. Следует отметить, что расстояние, на которое перемещается грунт, определяется размерами конструктивных элементов машин. К этой группе относятся экскаваторы различных типов (одно-, многоковшовые). Землеройно-транспортные машины предназначены для разработки грунта под действием тягового усилия, т.е. во время движения. Поэтому они оснащаются не только мощным рабочим органом, но и мощным ходовым оборудованием. В этом случае расстояние, на которое перемещается грунт, не зависит, как правило, от размеров элементов конструкций машин. К этой группе относят бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдер-элеваторы. Машины для подготовительных и вспомогательных работ обеспечивают подготовку площадки, на которой будут производить земляные работы, в частности, ее расчистку от кустарника, валунов, пней, а также предварительное рыхление грунтов повышенной прочности. В эту группу входят кусторезы, корчеватели, рыхлители, а также буровые машины для бурения шурфов, для рыхления мерзлых и плотных грунтов взрывом. Грунтоуплотняющие машины обеспечивают уплотнение предварительно разработанного грунта, уложенного в земляные сооружения (насыпи, дамбы, земляные плотины) для придания ему достаточных плотности и прочности, обуславливающих деформационную устойчивость сооружений. Этим целям служат катки, трамбующие и вибрационные машины. В определенной степени приведенная классификация по назначению условна, поскольку приводы, ходовые устройства и другие механизмы современных машин позволяют использовать одну и ту же базу машины для работы с различными по назначению видами рабочего сменного оборудования. В свою очередь, в каждой группе машины разделяют на типы, которые различаются конструкциями основных элементов. Так, в группе землеройных машин - это одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, в группе землеройно-транспортных машин - бульдозеры, скреперы, грейдеры. Далее, в рамках одного типа машины различают по типоразмеру определенного конструктивного элемента (например, одноковшовые экскаваторы различают по вместимости ковша), т. е. в рамках одного типа машин создают типоразмерный ряд, различающийся, например, размером рабочего органа. Отметим, что размер рабочего органа - это важнейшая характеристика машины, которая в конечном счете определяет ее мощность, конструкцию и основные технико-экономические показатели. Такая градация машин на различных уровнях позволяет выявить конструктивные и технологические особенности каждой машины в рамках общего подхода к основным узлам и агрегатам, обеспечивающим качество и объемы земляных работ. По режиму работы машины для земляных работ классифицируют: -    на машины непрерывного действия; -    машины циклического действия. Для машин непрерывного действия характерен установившийся режим работы (например, для многоковшовых экскаваторов). Для машин циклического действия характерно чередование рабочих операций (копание, перемещение грунта, холостой ход) или их частичное совмещение во времени (например, для одноковшовых экскаваторов, скреперов). Мы отметили два основных признака, по которым классифицируют машины для земляных работ. Кроме того, их классифицируют по типу ходового оборудования (автомобильное, гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и др.); по типу привода (электрический, механический, гидравлический, комбинированный); по типу системы управления (с ручным или автоматическим управлением). 7 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ Машины взаимодействуют С Грунтами СВОИМИ ХОДОВЫМИ устройствами И рабочими органами. Ходовые устройства находятся в непрерывном взаимодействии с грунтовой поверхностью, поскольку в процессе работы или перебазирования с одного объекта на другой машины передвигаются по грунту. Рабочие органы машин (землеройных, землеройно-транспортных, уплотняющих) непрерывно или периодически находятся во взаимодействии с грунтами. Таким образом, грунт является одновременно и опорной поверхностью, и объектом разработки. Эффективность работы машины зависит от свойств грунта. Очень важно знать сопротивления, которые оказывает грунт рабочим органам машины, а также зависимость этих сопротивлений от различных факторов (скорости воздействия, формы и размеров рабочих органов и др.). Только при полном учете свойств грунтов возможно сочетание высокого качества земляных работ при оптимальном темпе их производства. Грунтами в инженерной практике называют горные породы, образующие поверхностные слои земли. В строительстве они служат основанием или же материалом для сооружений. Грунт представляет собой систему, состоящую из минеральных частиц, пространство между которыми заполнено воздухом, водой или льдом. Плотность этой системы и пористость, т.е. степень заполнения пространства между частицами, лежат в основе деления всех грунтов на классы. Грунты подразделяют на скальные и нескальные. Это разделение основано на природе пород, хотя четкую границу между ними провести затруднительно. Скальные грунты отличаются высокой прочностью и представляют собой твердые тела, свойства которых не изменяются при длительном насыщении водой. К ним относятся, в частности, изверженные (магнетические) породы, возникающие при остывании расплавленной магмы. Отметим, что к скальным грунтам относятся также и породы, которые принадлежат и другим классам горных пород (осадочным - известняки; метаморфическим (видоизмененным) - мраморы). Скальные грунты под действием физических, химических и механических процессов разрушаются, образуя легко распадающиеся в воде несцементированные или очень слабо сцементированные частицы или обломки. Их принято называть нескальными грунтами. По происхождению, состоянию и механической прочности грунты разделяют (по классификации В.А. Приклонского) на пять классов: скальные, полускалъные, крупнообломочные, песчаные, глинистые. Скальные грунты - это сцементированные, водоустойчивые и практически несжимаемые горные породы с ссж > 5 МПа. К ним относятся граниты, известняки, песчаники. Полускалъные грунты - это сцементированные горные породы с асж < 5 МПа, способные к уплотнению (окаменевшие глины) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты). Крутообломочные грунты - это несцементированные куски пород, образующих грунты первых двух классов. Песчаные грунты - это несцементированные частицы горных пород размером 0,05-2 мм. Они представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные скальные грунты. Глинистые грунты - это несцементированные частицы горных пород с преобладающим размером менее 0,005 мм. Они также являются продуктами естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, образующих скальные и полускальные грунты. Основной объект разработки - это песчаные, глинистые, крупнообломочные и полускальные грунты. Поэтому машины для земляных работ рассчитывают обычно на преодоление сопротивления разработки именно этих грунтов. Скальные грунты перед разработкой предварительно разрушают и рыхлят, как правило, взрывными методами. Такая подготовка снижает их сопротивление разработке до уровня сопротивления крупнообломочных грунтов, что позволяет использовать соответствующие машины. Подобное подразделение грунтов на классы по их строительнотехническим характеристикам облегчает выбор рациональных методов их разработки, но не позволяет учитывать их особенности в расчетах. Для расчетного выбора параметров рабочих органов машин важно знать количественные характеристики всех грунтов, которые разрабатываются машинами для земляных работ. В настоящее время принята классификация, предложенная профессором А.Н. Зелениным, которая дает количественную оценку грунтов по трудности их разработки. В ее основе лежит оценка физического состояния грунта с помощью динамического плотномера (рисунок 7,1), Рисунок 7.1- Динамический плотномер: 1 - шток; 2 - груз; 3 - ограничитель; 4 - наконечник Принцип работы плотномера следующий: груз массой 2,5 кг падает с высоты 400 мм на ограничитель, связанный с наконечником плотномера, и погружает его в грунт. Наконечник имеет круглое сечение площадью 1 или 2 см2. В зависимости от числа ударов С, необходимых для погружения наконечника на заданную глубину (100 мм), грунт относят к одной из восьми категорий (таблица 7.1). Таблица 7,1 - Категории грунта в зависимости от числа ударов плотномера Категория Число ударов,С Воспользоваться этой классификацией для земляных работ стало возможно, поскольку была установлена экспериментально зависимость между числом ударов плотномера и усилием резания: С    Р где Сцл!, - число ударов динамического плотномера для двух видов грунта; Р\, Pi - усилия резания в этих грунтах. Классификация А. Н. Зеленина позволяет классифицировать нескальные грунты, при разрушении которых преобладает пластическое деформирование, а также позволяет оценить мерзлые грунты при различных температурах и влажности. Эта классификация в свое время была рекомендована во многих стандартах на машины для земляных работ (таблица 7,2), А поскольку пока еще никто не предложил лучшей классификации, то она используется и в настоящее время в нашей стране. гория Грунты кр, МПа ть МПа Коэффи циент разрых ления грунта ность грунта, Лопаты лайны Песок, супесь, суглинок мягкий, средней крепости влажный или разрыхленный без включений 0,012-0,065 0,018-0,08 Суглинок без включений, гравий мелкий и средний, глина мягкая влажная или разрыхленная 0,058-0,13 Суглинок крепкий, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты Суглинок крепкий со щебнем или галькой, глина крепкая и очень крепкая влажная, сланцы, конгломераты Сланцы, конгломераты, глина и лесс отвердевшие очень крепкие, мел, гипс, песчаники, известняки мягкие, скальные и мерзлые породы, хорошо взорванные Ракушечники и конгломераты, сланцы крепкие, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, опоки и мергель очень крепкие Известняки, мерзлый грунт средней крепости Скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 0,3 ширины ковша) Примечание - kv, к\ - коэфс нию соответственно. мциенты удельного сопротивления грунта резанию и копа Как уже было отмечено, в основе классификации лежит трудность разработки грунтов. Естественно, что процесс разработки, его темпы зависят от свойств грунтов. Поэтому необходим анализ характеристик грунтов, которые могут непосредственно влиять на процесс их взаимодействия с рабочими органами, а также на параметры этих органов. Наиболее важные характеристики грунтов можно разделить (условно) на несколько групп в зависимости от следующих параметров: -    структуры (плотности и размера частиц) и текстуры; -    физического состояния, т.е. гранулометрического состава; -    содержания воды; -    механических свойств. Плотность грунта в естественном состоянии (состоянии залегания): Р =    (7.2) где т - масса грунта, кг; V - объем грунта, м . Размеры частиц и гранулометрический состав грунта (т.е. содержание частиц различных размеров). Размер частиц - в зависимости от него частицы разделяют на несколько категорий (таблица 7.3). Гранулометрический состав - в зависимости от него песчано-глинистые грунты, являющиеся основными при разработке, разделяют на следующие виды (в зависимости от содержания мельчайшей фракции): 1)    глина - > 30 % глинистых частиц; 2)    суглинок - 10-30 %; 3)    супесь - 3-10 %; 4)    песок - < 3 % глинистых частиц. Таблица 7.3 - Размер частиц (по М. М. Протодьяконову) Частицы Размер, мм Частицы Размер, мм Галечные (щебень) Пылеватые 0,005-0,05 Гравийные Глинистые < 0,005 Песчаные Понятно, что размеры частиц влияют как на технологию разработки грунта, так и на степень его взаимодействия с рабочим органом. Крупнообломоч-ные грунты разрабатывают захватом, подбором или зачерпыванием кусков. Их сопротивление разработке не зависит от минерального состава, а оггреде-ляется массой, формой и механическим зацеплением кусков. С уменьшением размеров растет удельная поверхность и соответственно силы взаимодействия частиц. Помимо этого растут силы взаимодействия с поверхностью рабочих органов, что проявляется в липкости и внешнем трении грунтов. Разрыхляемостъ - свойство грунта увеличивать свой объем при разработке (при постоянной массе). Его характеризуют коэффициентом разрыхления где Vp, V- объемы грунта после рыхления и в состоянии залегания соответственно, м3. Величина Кр зависит от свойств грунта (для глин он больше, чем для песка) и конструкции рабочего органа. Его используют при оценке вместимости емкостей, ковшей и отвалов. Коэффициент разрыхления может принимать значения от 1,1 до 1,6. Влажность (количество воды, содержащееся в порах частиц грунта) -это отношение массы воды к массе сухого грунта, %: (7.4)
где тъ, тСТ - масса воды и сухого грунта соответственно, кг. За счет наличия пор, занятых водой и воздухом, плотность грунта всегда меньше плотности монолитных минералов, из которых состоит грунт: плотность грунтов 1500-2000, а минералов 2400-2800 кг/м3. Влажность оказывает очень большое влияние на прочностные свойства грунтов, на их способность уплотняться под нагрузкой. Так, например, максимальная плотность грунта достигается под нагрузкой при определенной влажности. Поэтому каждой нагрузке соответствует максимальная плотность при оптимальной влажности. Особенное влияние оказывает влажность на свойства связных грунтов, которые в зависимости от нее могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии (пример связных грунтов - глины, содержащие тонко дисперсные фракции частиц). Связность - это свойство грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием внешних нагрузок (для связных грунтов). Пластичность - это свойство грунта при внешних нагрузках изменять форму без разрыва сплошности (т.е. без разрушения) и сохранять ее после снятия нагрузки. Пластичность грунтов связана с влажностью и размером частиц. Чем меньше размер и больше их однородность, тем выше пластичность. Ее характеризуют числом пластичности соп, т.е. разностью влажностей грунта, относящихся к границам перехода в текучее и твердое состояние: С0п = С0т-С0р,    (7.5) где о), - граница (предел) текучести - весовая влажность (%) грунта с водой, в который свободно погружается индентор; Юр - граница (предел) пластичности - весовая влажность (%) грунта, при которой он начинает крошиться. Таким образом, грунт при влажности, большей предела текучести, - вязкая жидкость. Если влажность находится между пределами текучести и пластичности, то он пастообразен. Если влажность меньше предела пластичности, грунт находится в твердом состоянии. Сопротивления грунта воздействию рабочего органа. При отделении стружки от массива возникают силы сопротивления грунта резанию. Сопротивление сдвигу - это способность сопротивляться касательным напряжениям. Экспериментально установлено, что при воздействии на грунт рабочим органом разрушение грунта начинается с его сдвига по поверхности скольжения (рисунок 7.2). Разрушение начинается по поверхности 1-1, когда на передней грани клина развиваются напряжения ар. Величина ор зависит от многих факторов (плотности грунта, глубины резания, углов внутреннего и внешнего трения и др.). Рисунок 7.2 - Воздействие на грунт рабочим органом (клином) Для инженерных расчетов принято, что сопротивление сдвигу является линейной функцией нормального напряжения ар по поверхности сдвига, что выражается уравнением Кулона (рисунок 7.3): т = С0 + Gptgcpi =с0+/ар,    (7.6) где С0 - предельное сопротивление сдвигу при отсутствии нормальных нагрузок, МПа; а = - ;    (7.7) (pi - угол внутреннего трения. Он соответствует углу естественного откоса при свободной насыпке грунта; f - коэффициент внутреннего трения частиц (коэффициент трения грунта по грунту), /] = tgcpi = 0,5... 1,0. Рисунок 7.3 - Графическая характеристика уравнения Кулона Сопротивление внешнему трению относится к числу наиболее существенных факторов рабочего процесса машин. Оно характеризуется коэффициентом внешнего трения между грунтом и поверхностью рабочих органов: fc = tg<P2,    (7.8) где ф2 - угол внешнего трения (обычно он составляет 15-30°). Как известно, f2 связывает силу трения I\v с нормальной нагрузкой N: Fw =f2N.    (7.9) Как правило, в качестве f2 в инженерных расчетах используют коэффициент трения грунта о сталь (f2 = 0,25). Отметим, что он не связан с коэффициентом внутреннего трения /ь который характеризует взаимодействие частиц грунта между собой. Хотя до сих пор предпринимаются многочисленные попытки установить связь между внутренним и внешним трением. Величина^ зависит от многих факторов (влажности, размера частиц, условий приложения нагрузки) и изменяется в широком диапазоне (от 0,1 до 1,0). Абразивность - свойство грунта изнашивать рабочие органы в результате истирания. Для количественной оценки используют характеристику относительного износа А = —,    (7.10) где / - весовой износ (зависит от свойств материала и грунта, скорости, давления); L - длина пути, на котором зарегистрирован износ /, м; В - ширина рабочего органа, м. 8 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН С ГРУНТОМ При взаимодействии рабочих органов с грунтом развиваются силы, определение которых является важной задачей. Они влияют на производительность, от них зависит работоспособность и надежность рабочих органов, с ними связан выбор режимов работы машины. При оценке действующих сил следует принимать во внимание три группы факторов: 1)    технологию разработки грунтов; 2)    физико-механические и другие (например, абразивные) свойства грунта; 3)    геометрические характеристики рабочих органов. Идеальный случай: найти аналитические зависимости, связывающие действующие силы с перечисленными параметрами. Но пока это никому не удалось, т. к. единой теории взаимодействия рабочих органов с грунтом, в которой фигурировали бы физические константы грунтов и геометрические характеристики рабочих органов машин, не существует. Попыток было достаточно много. В любом учебнике автора, стремящегося быть объективным, можно найти разнообразные методы расчета сил резания, копания с учетом (или без учета) геометрических параметров не только рабочего органа, но и выемки разрабатываемого грунта. Они предложены В.П. Горячкиным, Н.Г. Домбровским, А.Н. Зелениным, В.И. Балов-невым, В. Д. Абезгаузом, Ю. А. Ветровым и др. Основные виды рабочих органов машин для земляных работ можно классифицировать следующим образом: 1)    рабочие органы, которые только отделяют грунт от массива (зубья рыхлителя, фрезы профилировщика); 2)    рабочие органы, которые отделяют грунт от массива, одновременно захватывают и транспортируют: а) перемещая по поверхности массива (отвалы бульдозеров и грейдеров); б) накапливая и перенося грунт в специальных емкостях (ковши экскаваторов, скреперов и погрузчиков). Как правило, конструкция рабочего органа зависит от вида выполняемой работы. Однако, какова бы ни была его конструкция, он отделяет от массива куски или слои грунта своей режущей частью (лезвием, режущей кромкой). В общем случае режущая часть рабочего органа имеет клинообразную форму (рисунок 8.1). Рассмотрим основные параметры клина. Линию 2 пересечения передней 1 и задней 3 граней клинообразного рабочего органа называют режущей кромкой. Направление движения Рисунок 8.1- Параметры рабочего органа (клина) Угол Р - угол заострения, который определяется прочностью материала клина ((3 = 25-30°). Угол 5 - угол резания между передней гранью и касательной к поверхности среза (5 = 30-40°). От величины 5 во многом зависят условия резания, а также возникающие при этом усилия. Если 5 не попадает в диапазон 30-40°, то значительно растет сопротивление грунта резанию. Угол а - задний угол (меяеду задней гранью и касательной к поверхности среза). Для снижения трения на нижней грани режущего клина необходимо обеспечить задний угол в пределах 5-8°. В - ширина рея^гцей кромки клина, зависящая от технологических режимов. В процессе резания режущий клин отделяет от массива стружку, форма и размеры которой зависят от состояния и свойств разрабатываемого грунта. Имеется несколько подходов к оценке стружки. На наш взгляд, целесообразно отметить три вида стружки (рисунок 8.2), которая образуется при резании пластичных (типа глинистых), сыпучих (типа песка, супеси и пр.) и скалывающихся (типа сланцев) грунтов. а)    б)    в) 35* жг sirs sev да да- (W Л-\ ' /// ЛУ М/ М? ЛИ А? № /У А?' Рисунок 8.2 - Резание различных грунтов: а - пластичных, 6 - сыпучих, в - скалывающихся В зависимости от положения рабочего органа в массиве грунта различают следующие разновидности резания (рисунок 8.3): 1)    блокированное (клин контактирует с грунтом по трем граням, и энергоемкость резания N6 наибольшая); 2)    полублокированное или полусвободное (контакт двумя гранями, энергоемкость составляет 70 % от N6); 3)    свободное или деблокированное (контакт одной гранью, 40 % от JVg). Рисунок 8.3 - Основные способы резания грунта: а - блокированное, б - полублокированное, в - свободное

А
Как видно, свободное резание является самым экономичным, однако в чистом виде его достаточно сложно реализовать. Обычно стремятся вести разработку хотя бы полублокированным резанием, что достигается специальной расстановкой (и применением) зубьев, каждый из которых обеспечивает крупный скол грунта. При этом, чем меньше ширина рабочего органа, тем больше сказывается на сопротивлении резанию блокирование и деблокирование. В процессе блокированного резания в грунте образуется выемка трапецеидального типа. На поверхности массива ширина прорези b значительно больше ширины режущего клина (рисунок 8.4). Форма профиля выемки зависит от свойств грунта и соотношения меяеду шириной b и глубиной выемки с. Экспериментально установлено, что существует оптимальная глубина резания, при которой энергоемкость процесса резания имеет наименьшее значение.
При резании (и копании) режущая кромка рабочего органа изнашивается и затупляется. Характер износа зависит от соотношения абразивных свойств грунта, прочностных характеристик материала ножа и режимов разработки грунта. Влияние износа и затупления рабочих органов на производительность и энергоемкость процесса резания весьма ощутимо. Нередки случаи, когда дополнительные сопротивления грунта резанию, вызванные затуплением режущей кромки, преобладают в общем сопротивлении резанию. Так, например, допускаемый на практике износ режущего инструмента вызывает существенное увеличение силы резания: ножами или ковшами со сплошной кромкой на 90-200 %, ковшами с зубьями на 60-100 %. Поэтому при расчетах следует учитывать износ режущих инструментов, а при эксплуатации не допускать работу с затупленными рабочими органами. При резании грунта рабочий орган воздействует на грунт силой Р, которая преодолевает сопротивление грунта, т.е. силу Р0, равную ей по величине, но противоположную по направлению. Для их оценки эти силы целесообразно разложить в трехмерном пространстве на составляющие (рисунок 8.5): 1)    силу Р со стороны рабочего органа раскладывают на составляющие РиРъРз; 2)    силу Ро сопротивления грунта резанию раскладывают на Т\л. Ри2. Р03. Как правило, силовое взаимодействие оценивают по величине касательной составляющей P0i силы сопротивления грунта резанию. Она зависит от свойств грунта и геометрических характеристик рабочего органа. Ее (касательную составляющую сопротивления грунта резанию Р0ь чис_ ленно равную касательной составляющей силы резания Pi) находят по приближенной формуле Poi=Kpbh,    (8.1) где Кр - удельное сопротивление грунта резанию (в зависимости от категории грунта Кр = 0,012... 3,5 МПа); b - ширина режущей кромки, м; h - толщина срезаемого слоя грунта, м. По такой же формуле можно найти и касательную составляющую сопротивления грунта копанию: Рог = Kxbh,    (8.2) где К\ - удельное сопротивление грунта резанию, К\ = 0,018... 4.5 МПа. Следует напомнить особенности взаимодействия рабочих органов с грунтом. Резание - это процесс отделения от массива слоев (стружки) грунта. Копание - это совокупность процессов резания и перемещения грунта перед рабочим органом (или по нему). Может возникнуть закономерный вопрос: почему для таких разных процессов мы используем одни и те же формулы при оценке касательной составляющей сопротивления грунта Pol ~ bh.    (8.3) Для резания формула подходит без существенных допущений. А вот для копания ее использование вынуждает идти на значительные приближения и допущения, поскольку в общем случае при копании грунта рабочим органом происходит ряд процессов: 1)    резание К; 2)    трение рабочего органа о грунт П'1р: 3)    взаимное трение грунта при его перемещении перед рабочим органом в виде призмы волочения Wnp; 4)    трение грунта по поверхности рабочего органа при заполнении его емкости W3; 5)    сопротивление при разгоне грунта до скорости его перемещения перед рабочим органом WH; 6)    сопротивление при внедрении режущего инструмента в грунт WB. Все эти процессы обуславливают сопротивление грунта копанию. В общем случае сумма всех сопротивлений, составляющих сопротивление грунта копанию, где Wp - сопротивление резанию, Wp = Kpbh;    (8.5) Wjp - сопротивление трения рабочего органа о грунт, =f2(Gp.o + G^),    (8.6) Gp.o, Gjp - сила тяжести рабочего органа и грунта, вмещаемого рабочим органом, Н; /2 - коэффициент трения грунта о поверхность рабочего органа; IVnp - сопротивление перемещению грунта перед рабочим органом в виде призмы волочения, ^np-yiGnp,    (8.7) /- коэффициент трения грунта О грунт; Gnp - сила тяжести грунта в призме волочения, Н; Ws - сопротивление заполнению грунтом емкости рабочего органа. Оно зависит от его формы и геометрических параметров; WH - сопротивление грунта разгону, обусловленное инерционными силами, 1¥ж = тгра = Пи,    (8.8) тТр - масса грунта, кг; a,v- ускорение (м/с2) и скорость (м/с) перемещения грунта; П - массовая производительность, кг/с. WB - сопротивление внедрению в грунт рабочего органа, К = КваЫ,    (8.9) Квд - удельное сопротивление вдавливанию режущей кромки, Па; b - ширина режущей кромки, м; I - толщина режущей кромки, м. Из формулы (8.9) видно, что WB ~ Ь, т. е. чем меньше Ь. тем меньше W (этим объясняется эффективность применения зубьев как режущей кромки при работе на плотных скалывающихся грунтах). Довольно значительный вклад в общую силу сопротивления копанию вносит призма волочения, возникающая перед рабочим органом и зависящая в основном от свойств грунта. Поскольку в области резания из-за призмы волочения возникают дополнительные нормальные напряжения на плоскости сдвига, переднюю режущую кромку стараются выносить из зоны действия призмы волочения в рабочем органе машин для земляных работ. Выражение (8.4) - точная формула; каждый из упомянутых компонентов вычисляется с учетом свойств грунта, сил трения и технологии земляных работ. Но в большинстве случаев пользуются упрощенной формулой (8.2). Поскольку в выражении (8.4) основной вклад вносит первый компонент Wp, а остальные пять компонентов дают лишь 15-25 % то ими пренебрегают, учитывая их только в величине коэффициента удельного сопротивления копанию К\ (Ку > Кр). Еще раз отметим: зная силу Р0ъ мы знаем и силу Р\. Очень часто вместо Pol используют обозначение Рк (от слова касательная). Нормальная составляющая (сила отпора грунта) сопротивления грунта копанию (или резанию) Ро2 — V|fP 01, (8.10)
где \|I — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта, степени затупления и расположения рабочего органа (v|/ = 0,2... 06). Боковая составляющая Р0з сопротивления грунта копанию, численно равная боковой силе копания Р3, возникает в двух случаях: -    при разработке неоднородного по ширине режущей кромки грунта; -    когда режущая кромка наклонена под углом, отличным от прямого, так называемое «косое резание». Несколько слов о «косом резании». Экспериментально установлено, что поворот режущей кромки относительно направления движения на угол, отличающийся от 90°, значительно изменяет характер процесса отделения грунта от массива. При этом грунт, отделяясь от массива, одновременно перемещается в сторону. Энергоемкость «косого резания» в 1,2-1,3 раза меньше, чем прямого. Ранее мы анализировали один из основных показателей машин, а именно удельную энергоемкость Nya = N/П, (8.11)
где N - мощность силовой установки, Вт; П - производительность, кг/с. При расчетах машин для земляных работ этот показатель имеет несколько иной смысл: (8.12)
где N - мощность, затрачиваемая на копание, Вт; Кэ - удельная энергоемкость копания (таблица 8.1). Отметим, что ^численно равен величине коэффициента К\ в формуле (8.2); П - производительность, кг/с. Таблица 8.1 - Энергоемкость копания для различных грунтов Категория грунта К,: Нм/м3 для ОЭ для ЗТМ 105- 2 • 105 105- 1,5- 105 2- 105-3- 105 1,5- 105- 2,5 • 105 3- 105-4 • 105 2,5- 105- 3,5 • 105 Таким образом, по установочной мощности привода можно определить производительность машин на грунтах различных категорий (этот расчет -энергетический, он не связан с формой и размерами сечения стружки). Его можно использовать в качестве проверочного расчета при подборе мощности силовой установки машин для земляных работ. Как уже было отмечено, имеется ряд методов расчета сил резания и копания. Эти методы отличаются друг от друга подходом авторов к физике и механике разрушения грунтов, к особенностям взаимодействия рабочего органа с грунтом. Основоположник теории резания грунтов В.П. Горячкин предложил формулу для определения силы сопротивления копанию плугом: Pi = g(i + kcd + zcdir.    (8.13) где G - сила тяжести плуга, Н; к - удельное сопротивление резанию; с - глубина пласта, м; d- ширина пласта, м; е - коэффициент сопротивления (при отбрасывании лемехом грунта); v - скорость движения, м/с. Здесь основной параметр - это резание (70-85 % Pi). Инерционная (ки-нетическая) составляющая (scdv ) дает 5-10 % Н.Г. Домбровский развил теорию Горячкина применительно к экскаваторам. Он составил (на базе огромного объема экспериментальных данных) шкалу удельных сопротивлений различных грунтов копанию. Напомним, что для практических расчетов Домбровский предложил формулу (8.2) для определения касательной составляющей силы сопротивления грунта копанию. М. А. Ветров разработал уточненный метод расчета для различных конкретных условий резания с учетом боковых разрушаемых сечений массива грунта, а также износа ножа. В этом случае сопротивление грунта резанию Рр ~ Рсъ + Рбок + Рбок.ср + Ризн,    (8.14) где Рсв - сопротивление резанию грунта передней гранью ножа, Н; Рбок - сопротивление разрушению грунта в боковых расширениях, Н; Рбок.ср - сопротивление грунта срезу боковыми ребрами ножа, Н; Ризн - дополнительная сила сопротивления резанию из-за износа режущей кромки ножа, Н. 9 БУЛЬДОЗЕРЫ Бульдозер - самоходная землеройно-транспортная машина, предназначенная в основном для срезания, планировки и перемещения грунта на расстояние до 150 м. Он состоит из базового трактора или тягача, впереди которого в поперечной плоскости навешен рабочий орган - отвал. Бульдозер - машина циклического действия: сначала осуществляется рабочий ход (разработка и перемещение грунта, засыпка траншей, срезка кустарника и др.), затем - холостой (возвращение в исходное положение). Рабочий процесс бульдозера состоит из операций копания, перемещения и разравнивания грунта. При копании отвал заглубляют в грунт при движении бульдозера вперед. Грунт вырезается из массива и накапливается перед отвалом, формируя призму волочения. Затем отвал выглубляют (приподнимают) и бульдозер перемещает грунт к месту укладки, после чего разравнивает призму волочения приподнятым отвалом (как передним, так и задним ходом машины). При транспортировании теряется до 30 % объема призмы волочения в зависимости от расстояния. Бульдозер классифицируют по назначению, типу ходовой части, конструкции рабочего оборудования, типу привода рабочего оборудования, тяговому классу базовой машины (мощности двигателя). По типу ходового оборудования различают колесные и гусеничные бульдозеры. Предпочтение отдают гусеничным бульдозерам, имеющим большее сцепление с грунтом и повышенную проходимость. По назначению различают бульдозеры общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных работ (землеройных, планировочных, строительных и др.), и специального назначения для выполнения определенных видов работ (прокладка дорог, чистка от снега, сгребание торфа, подземные работы, толкание скреперов и т.д.). По номинальному тяговому усилию и мощности бульдозеры разделяют на легкие, средние, тяжелые и сверхтяжелые (таблица 9.1). Таблица 9.1 - Классификация бульдозеров по номинальному тяговому усилию и мощности Тяговое усилие, кН Мощность, кВт Легкие Средние Тяжелые Сверхтяжелые По конструкции рабочего оборудования различают бульдозеры: с неповоротным отвалом, с поворотным отвалом, универсальные и бульдозеры-погрузчики. В бульдозере с неповоротным отвалом он установлен перпендикулярно продольной оси машины неподвижно или с небольшим угловым качанием в поперечной плоскости. В бульдозере с поворотным отвалом его можно поворачивать на определенный угол в обе стороны от основного положения. Его устанавливают только на гусеничных тракторах, поскольку колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки. Универсальные бульдозеры оборудованы шарнирно-сочлененным отвалом, состоящим из двух одинаковых частей, которые могут быть установлены перпендикулярно оси машины, под углом в одну или в разные стороны. У бульдозеров-погрузчиков на подъемной стреле шарнирно установлен отвал (вместо него легко можно навешивать грузовой ковш или другие виды оборудования, например крюк). Бульдозеры с неповоротными отвалами бывают с жесткими и шарнирными толкающими брусьями. Бульдозер с жесткими брусьями (рисунок 9.1, а) оборудован отвалом, к которому приварены два толкающих бруса, охватывающие снаружи базовый трактор. Брусья шарнирно установлены на поперечной балке, которая болтами крепится к раме трактора. Подъем и опускание отвала осуществляются с помощью одного гидроцилиндра, установленного впереди на подрамнике. Бульдозер с шарнирными брусьями (с перекосом отвала) оборудован отвалом (рисунок 9.1, б), с которым шарнирно связаны два толкающих бруса (они же шарнирно крепятся к тележке трактора). Для сохранения необходимого положения и резания грунта с минимальными затратами энергии отвал с одной стороны удерживается гидрораскосом, а с другой -жесткой тягой (например винтовым раскосом). Гидрораскос присоединен к гидросистеме трактора и осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости на угол до 12°. Вт\-лк.а Г11ЛрОИИЛИНДр подъема-^ускання Транспортная подвеска Кронштейн Болт Отвал уу^'. Поперечная он.-: Лонжерон трак ;ор. Толкающий брус Шплинт ,.••• \ Кронштейн Раскос жесткий Боковой брус Рисунок 9.1 - Бульдозерное оборудование с неповоротным отвалом: а - с жесткими брусьями; о - с шарнирными брусьями (с перекосом отвала)
Шарнирный подшипник
Гидрораскос отвала состоит из гидроцилиндра двойного действия, двустороннего замка и штуцеров для присоединения к гидросистеме трактора. Замок запирает полости гидроцилиндра при отключенном гидрораспределителе и открывается для подачи рабочей жидкости при включении привода. На тяжелых бульдозерах гидрораскосы имеют предохранительные клапаны для устранения последствий чрезмерного давления при наезде бульдозера на непреодолимое препятствие. Винтовой раскос служит для механического изменения угла резания ножей в диапазоне ±10° от среднего угла установки 55°. Он представляет собой трубу, с одной стороны которой установлен винт с шарнирным подшипником, с другой - проушина на шестиграннике с пружинным стопором. В целом отвал вместе с брусьями и раскосами образует жесткую систему, которая с помощью двух гидроцилиндров поднимается и опускается. и
В ряде конструкций бульдозеров с неповоротным отвалом (рисунок 9.2) для повышения устойчивости отвала в горизонтальной плоскости и обеспечения равномерности распределения нагрузки предусмотрен механизм компенсации, представляющий собой цилиндрическую тягу с проушинами, которая одним концом шарнирно связана с правым брусом, а другим -с поперечным шарниром, размещенным в зоне продольной оси на кронштейне левого бруса. В кронштейне установлен палец с резьбой, который с помощью серьги шарнирно связан с отвалом. Рисунок 9.2 - Конструктивная схема бульдозера с неповоротным отвалом: 1 - нож; 2 - отвал; 3 - гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 4 - силовая установка с трансмиссией; 5 - гусеничная тележка; 6 - гусеницы; 7 - шарнир; 8 - толкающий брус; 9 - гидрораскос; 10 - универсальный шарнир; 11 - механизм компенсации
В современных неповоротных бульдозерах гидрофици-руют оба раскоса, а также механизм компенсации, поэтому управление положением отвала в различных плоскостях можно осуществлять из кабины. Бульдозер с поворотным отвалом отличается тем, что на базовом тракторе с помощью упряжных шарниров крепят охватывающую универсальную (толкающую) раму (рисунок 9.3). Отиид Полурямй Шароваи сятрл оборудования Рисунок 9.3 - Бульдозер с поворотным отвалом: а - рабочее оборудование; б - конструктивная схема:
1 - отвал; 2 - гидрораскос;
3 - гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 4 - базовый трактор; 5 - толкатель; 6, 8 - полурамы; 7 - шарнир Впереди рамы приварена шаровая опора, на которой установлен отвал, поворачивающийся налево и направо по ходу движения машины. Отвал соединяют с рамой (в целях удобства монтажа и демонтажа она состоит из двух полурам, связанных между собой шарнирно с помощью вертикального пальца) шаровым шарниром и двумя толкателями с винтовыми или гидравлическими раскосами. Подъем и опускание рамы с отвалом производят двумя гидроцилиндрами. Задние шарниры толкателей закрепляют в ползунах (кронштейнах) на раме. Их фиксируют вручную в трех положениях относительно продольной оси отвала (0; ±27°) закладными штырями (штифтами). При одинаковой длине винтовых раскосов основной угол резания отвала составляет 55° (и может меняться в пределах ±5° при одинаковом увеличении или уменьшении их длины). При увеличении длины раскосов с одной стороны и уменьшении с другой изменяется угол поперечного перекоса отвала в пределах ±5°. В ряде современных моделей управление положением отвала полностью гидрофицировано и осуществляется из кабины машиниста. С помощью гидроцилиндров производятся подъем и принудительные опускание отвала, поворот в плане, поперечный двухсторонний перекос, изменение угла резания ножей, а также устанавливаются его плавающее и фиксированное положения. Способность поворотных бульдозеров осуществлять «косое» резание и перемещать грунт в сторону находит широкое применение при засыпке траншей и рвов, а также для очистки строительных площадок и дорог, в том числе от снега. В связи с возможностью реализации «косого» резания длина поворотного отвала Впов значительно больше, чем неповоротного Внеп: Впов= (1,3... 1,35) 5неп.    (9.1) Поэтому бульдозеры с поворотным отвалом развивают меньшее удельное усилие резания (при одинаковом тяговом усилии базового трактора). Отвал бульдозера представляет собой объемную металлическую конструкцию, сваренную из лобового листа полукруглого профиля, с верхним и нижним задними поясами жесткости (они образуют листовые коробки). Сверху к отвалу приварен козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала и улучшающий формирование призмы волочения. Козырек также имеет ребра жесткости. В нижней части лобовой лист образует подножевую плиту, на которой спереди крепят съемные ножи. Торцы отвала закрыты боковыми щеками. Ножи обычно выполняют из нескольких секций. Их передние рабочие кромки расположены, как правило, в одной горизонтальной плоскости. При копании мерзлых грунтов среднюю секцию ножей делают выступающей вперед, связывая ее длину b с шириной отвала (Ь = 0,3В0). Неповоротные бульдозеры снабжают различными отвалами. Прямой простой отвал используют для разработки крепких грунтов (имеет боковые и угловые ножи), универсальный - для планировки и других работ в грунтах с нарушенной структурой. Сферический применяют для разработки мягких и средней крепости грунтов; за счет выступающих вперед концов отвала объем грунта вырастает на 20-25 % (рисунок 9.4, а). а)    б)    в)    г) Рисунок 9.4 - Формы специальных отвалов бульдозера: а - отвал сферической формы; 6 - отвал с выдвигающимися боковыми зубьями; в - совкообразный отвал; г - отвал толкача Отвал с рыхлящими боковыми зубьями используют для крепких каменистых грунтов для бульдозеров большой мощности (зубья выдвигаются ниже ножей на 0,2-0,3 м) (рисунок 9.4, б). Совковый отвал применяют для малосвязных грунтов при их перемещении на большие расстояния, он имеет боковые щитки (для набора грунта) и выступающую вперед часть ножа (рисунок 9.4, в). Короткий прямой отвал, как правило, используют для толкания скрепера с целью создания большего тягового усилия (их снабжают амортизаторами) (рисунок 9.4, г). Он имеет усиленную в средней части конструкцию. Бульдозер снабжают дополнительным оборудованием. Его отвал может быть оснащен боковыми щитками, боковыми ножами и выдвижными боковыми зубьями. Для работы в плотных грунтах его снабжают одним передним и двумя задними зубьями. Для взламывания асфальта применяют отвалы с киркой в средней части. Для разработки мерзлых грунтов используют отвалы с гребенчатыми ножами или зубьями. Для одновременной планировки откосов и их подошвы отвал оснащают наклонной наставкой (с жестким или шарнирным соединением с основным отвалом). Если наставка имеет соответствующий профиль и установлена в средней части отвала, то она позволяет очищать и планировать канавы. Для перемещения грунта от стен зданий используют отвальную приставку (при движении задним ходом). Кроме того, устанавливают в средней части отвала кусторезные ножи, грузовые вилы, подъемные крюки. Управление рабочим органом производится с помощью объемной гидростатической передачи (рисунок 9.5), которая состоит из бака, насоса, распределительных и вспомогательных устройств, исполнительных гидроцилиндров. Насос применяют обычно шестеренный. Используют следующие разновидности привода: 1)    универсальный гидропривод - насос приводят от вала отбора мощности трактора; при этом насос, бак и распределитель комплектуют в единую конструкцию и устанавливают сзади трактора; 2)    привод раздельно-агрегатный - насос приводят от коленчатого вала трактора; все агрегаты устанавливают раздельно. Гидрозамок    Гидрораскос    Гидрораспределитель Рисунок 9.5 - Схема гидравлическая принципиальная управления рабочим органом бульдозера с неповоротным отвалом Современные бульдозеры, как правило, оснащают системами автоматического управления положением отвала, учитывающими особенности технологии работ и рельефа обрабатываемого участка. Параметры отвала. К основным параметрам отвала относятся его ширина и высота, а также углы, характеризующие положение отвала в пространстве по отношению к разрабатываемому грунту (рисунок 9.6): Рисунок 9.6 - Расчетная схема отвала 1)    Нот - высота отвала, м (зависит от силы тяги Т для средних грунтовых условий) (таблица 9.2), кроме того, ее можно определить по формулам;
Яот = 500\l0JT - 0,5Т - для неповоротного отвала,    (9.2) Яот = 450^0. 17 - 0,5Т - для поворотного отвала;    (9.3) 2)    Вот - ширина (длина) отвала, м, Вот - (2,8...3,0)Яот - для неповоротного отвала,    (9.4) Вот - (1.3... 1.35)/irT - для поворотного отвала.    (9.5) При этом Вот - Вмзш + 200 мм; 3 )НК- высота козырька, м, ЯК=(0,1...0,25)ЯОТ;    (9.6) 4)    г - радиус кривизны, м; 5)    а - угол резания; 6)    s - угол наклона отвала; 7)    v|/E - угол установки козырька; 8)    v|/0 - угол опрокидывания (на рисунке 9.6 не показан); 9)    (3 - угол заострения (на рисунке 9.6 не показан). Угол резания а влияет на энергоемкость резания (с его уменьшением снижается сила сопротивления резанию). Угол наклона отвала 8 формирует призму волочения. При малом г грунт пересыпается через отвал, при большом - ухудшаются условия подъема грунта вверх по отвалу. Таблица 9.2 - Высота отвала для средних грунтовых условий Тяговое усилие, кН Дуг, СМ Угол заострения (3 определяет характер изменения давления ножа на грунт по мере его затупления. При малых значениях р быстро затупляется режущая кромка ножа. Радиус кривизны г криволинейной поверхности обеспечивает переваливание грунта перед отвалом, чтобы исключить потери грунта через отвал. Эти параметры имеют оптимальные значения (таблица 9.3). Таблица 9.3 - Параметры поворотного и неповоротного отвалов бульдозера Параметр Отвал неповоротный поворотный Угол резания а, град Угол наклона отвала г, град Угол опрокидывания \|/0, град Угол установки козырька \|/Кэ град Задний угол у, град Радиус цилиндрической поверхности отвала г, м 0,8-0,9 (универс.) Расчет системы управления отвалом. К основные параметрам системы управления относятся: 1)    усилия на штоках гидроцилиндров механизма управления отвалом (гидроцилиндр поворота и изменения угла резания не учитываются); 2)    скорости их передвижения; 3)    рабочее давление жидкости; 4)    расход жидкости; 5)    КПД. Усилия в гидроцилиндрах механизма управления отвалом определяют в двух положениях (рисунок 9.7): 1)    при заглублении - из условия равновесия трактора относительно задней кромки опорной поверхности гусениц (или оси задних колес для колесных бульдозеров): 2)    при выглублении - из условия равновесия относительно передней кромки опорной поверхности гусениц (или оси передних колес для колесных бульдозеров). Рисунок 9.7 - Схемы к определению нагрузок на бульдозер: а - при заглублении; б - при выглублении Расчетная формула для определения сил, возникающих в гидроцилиндрах при заглублении Рц з и выглублении Рц в, применяемая к каждому из обеих случаев, выглядит следующим образом: /

I
2
(9.7)

При статическом расчете проверяется общая устойчивость машины. Она определяется, как правило, при движении: 1)    под уклон а со скоростью v и при внезапной остановке машины вследствие встречи отвала с непреодолимым препятствием или резкого торможения; 2)    на подъем а; 3)    по косогору с поперечным углом наклона, а также на закруглениях дороги. Составляют уравнение равновесия и с учетом коэффициента запаса устойчивости (Куст > 1,2) определяют допускаемую скорость при движении под уклон, угол уклона при движении на подъем, а также угол поперечного уклона по условию сцепления движителя с опорной поверхностью. Помимо статического расчета, для расчета прочности отдельных элементов рабочего оборудования (отвала, толкающих брусьев и др.) необходимо определить максимальные усилия, которые возникают в отдельные моменты работы машины. При этом различным элементам соответствуют различные опасные положения рабочего оборудования. В связи с этим необходимо рассмотреть пять основных расчетных схем. Как правило, они реализуются при наезде отвала на препятствие: а)    при упоре отвала в средней части (проверка прочности отвала); б)    при упоре в край отвала (проверка прочности толкающих брусьев и подкосов). Тяговый расчет бульдозера. Необходимое тяговое усилие расходуется на преодоление нескольких видов сопротивления копанию. Отметим, что анализируется обычно самый тяжелый вариант: 1)    бульдозер при перемещении и копании движется на подъем; 2)    призма волочения достигает наибольшей величины. При копании грунта его часть (в случае ковша) или практически весь грунт (в случае отвала) перемещается перед рабочим органом в виде фигуры, напоминающей призму (если смотреть на рабочий орган спереди). Форма этой фигуры, получившей название призмы волочения, определяется конфигурацией поверхности рабочего органа, траекторией движения, а также свойствами грунта. В расчетах обычно принимают, что грунт после разрушения при резании рабочим органом превращается в среду со свойствами, которые характерны для сыпучего материала. Поэтому грунт в призме волочения рассматривают как сыпучую среду, а свободные боковые поверхности призмы образуют с горизонтом угол, разный углу естественного откоса (в условиях движения призмы). При копании отвалом роль призмы волочения пребладающая. При копании ковшом она также достаточно значительна. Объем призмы волочения может составлять 5-75 % объема ковша. При этом, чем более сыпучий грунт, тем больше объем грунта в призме волочения. Итак, суммарное сопротивление перемещению W состоит из нескольких компонентов: W=Wp+Wnp + WTp+W5,    (9.8) где Wv - сопротивление резанию, Н, Wv = K^c,    (9.9) Кр - удельное сопротивление резанию, Н; В - ширина отвала, м; с - толщина стружки, м. В более общем виде для поворотных отвалов: Wp = КрВс sincp,    (9.10) где ф - угол поворота отвала в плане относительно продольной оси трактора, т. е. угол между нормалью к оси машины и отвалом. Но часто используют угол между осью и отвалом, т. е. Z = 90° - ср ; WUp - сопротивление перемещению призмы волочения грунта перед отвалом, Н, f\ - коэффициент трения грунта по грунту (f - 0,4...0,8; меньшие значения для влажных и глинистых грунтов); Gnp - сила тяжести грунта в призме волочения, Н. Но с учетом уклона и с учетом поворота отвала кР = GnPsin(p(/i ± 0=pi^/npsin(p(/i ±0=рг^    sin(p(/i ± 0 > (9-12) рг - плотность грунта, кг/м ; ^пр - объем призмы волочения, м ; / - уклон; Кщ, - коэффициент пропорциональности, зависящий от Нот / Вот; WTр - сопротивление трению грунта по отвалу (или сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу), Н, КР = Gnp/2cos2asincp = prg от от /2cos2asincp,    (9.13) f 2 - коэффициент трения грунта по отвалу (по стали) (таблица 9.4); a - угол резания. Таблица 9.4- Значения коэффициента трения грунта по стали Грунт Песок Суглинок и супесь Глина W& - сопротивление передвижению бульдозера, Н, W6 = G(co ± 0,    (9.14) G - сила тяжести бульдозера, Н; со - коэффициент удельного сопротивления движению бульдозера, со = 0,02...0,30. Если тяговая характеристика не известна, то на предварительном этапе мощность силовой установки N подбирают по суммарной силе сопротивления W: где vv - скорость рабочего хода, м/с; r| - КПД механизма передвижения на первой передаче. По суммарному сопротивлению выбирается соответствующий механизм передвижения базовой машины, так чтобы сила тяги была больше суммарного сопротивления, Т> W. Производительность П бульдозера при разработке и перемещении грунта определяют из выражения Яэ=^,    (9.16) где Къ - коэффициент использования бульдозера по времени, Кь = 0,8...0,9; Кр - коэффициент разрыхления грунта; - продолжительность рабочего цикла, с. Продолжительность рабочего цикла 1и бульдозера определяют по формуле 'ц=—+ - +    +    (9-17) р т    з.х где /р, /т - длины участков резания грунта и его транспортирования, м; Vp, vT - скорости рабочего и транспортного хода, м/с; х - скорость заднего хода, м/с; ^доп - дополнительное время, с, затрачиваемое: -    на переключение передач /п п = 6.. .8 с; -    подъем и опускание отвала за цикл f0.n=4...5c; -    разворот бульдозера tpa3 = 10... 15 с; -    повороты и управление машиной во время рабочего цикла, tY = 7... 8 с. Следует отметить, что эта формула оценивает время цикла в общем виде, и если возврат идет задним ходом, то это исключает повороты на концах участка. Совершенствование бульдозерного оборудования. Следует выделить три основных направления совершенствования бульдозерных отвалов: 1)    улучшение их транспортирующих свойств; 2)    снижение усилий и энергоемкости процесса копания; 3)    расширение технологических возможностей бульдозеров. Транспортирующие свойства отвалов являются главным фактором, определяющим производительность бульдозеров и качество выполняемых ими работ. Для неповоротных отвалов совершенствование конструкции направлено, главным образом, на увеличение их накапливающей и удерживающей способности. Для этого на бульдозерных отвалах малой и средней мощности устанавливают различные по форме и размеру открылки. Отвалы более мощных машин делают, как правило, сферическими. Для работы бульдозеров на слабых и сыпучих грунтах разрабатывают отвалы сменной длины, что достигается использованием боковых телескопических секций или дополнительных секций, которые подсоединяются к обеим сторонам отвала. Поворотный отвал бульдозера предназначен для фронтального и бокового перемещения грунта. Для улучшения условий бокового перемещения грунта предлагают конструкции, обеспечивающие уменьшенное продольное сопротивление перемещения грунта по лобовой поверхности отвала, принудительное транспортирование грунта вдоль лобовой поверхности и двухстороннее распределение грунта в боковые валики. Снижение усилий и энергоемкости процесса копания грунта. Процесс копания грунта отвалом бульдозера сопровождается интенсивным вертикальным перемещением грунта по его лобовой поверхности. Поэтому снижение сопротивления трения грунта по отвалу обеспечивается совершенствованием его профиля. Наибольшее распространение получили цилиндрические отвалы с постоянным радиусом кривизны, эффективно работающие в различных грунтовых условиях. Отвалы с увеличенной кривизной верхней части предназначены для копания крепких и связных грунтов, а отвалы с увеличенной кривизной нижней части - для копания сыпучих и слабо связных грунтов. На машинах, где бульдозерное оборудование является вспомогательным (например, на экскаваторах), используют отвалы, лобовая часть которых представляет собой ломаную поверхность. Такие отвалы предназначены для увеличения опорного контура землеройных машин и ведения планировочных операций небольшого объема. Помимо этого, снижение сопротивления грунта копанию достигается совершенствованием режущей кромки отвала. В частности, ножевая система, оснащенная средним выступающим ножом, способствует большей концентрации веса и тягового усилия бульдозера на короткой средней части ножа и более эффективна для разработки грунтов III и IV категорий. Кроме того, ступенчатая форма лезвия ножевой системы отвала позволяет получать оптимальную форму призмы волочения и уменьшать потери грунта в боковые валики. Существуют и более изощренные технические решения, например, подача сжатого воздуха через отверстия в лобовом листе отвала, что обеспечивает насыщение прилегающего слоя грунта воздухом и снижение силы трения скольжения грунта по отвалу. Однако подобные конструкции достаточно сложны и не находят широкого практического применения. Расширение технологических возможностей рабочих органов бульдозеров осуществляется в нескольких направлениях: 1)    отвалы с управляемыми или откидными рыхлительными зубьями, которые шарнирно крепятся на тыльной стороне рабочего органа. При заднем ходе машины они занимают вертикальное положение, разрыхляя грунт, что значительно улучшает условия копания отвалом при движении бульдозера вперед. Использование такого отвала позволяет увеличить эффективность бульдозера при разработке грунтов повышенной прочности;
2)    отвалы, в верхней части которых смонтировано крановое оборудование для подъема грузов на небольшую высоту;
3)    отвалы, которые трансформируются в захватные рабочие органы или оснащаются дополнительными захватными элементами. При этом создаются условия для захвата различных по форме штучных грузов и перемещения их в пределах строительной площадки;
4)    отвалы с изменяемой геометрией, которые в зависимости от разрабатываемой среды могут трансформироваться в совок или клин.
10 МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
При возведении земляных сооружений их площадки должны быть подготовлены для строительных работ. Подготовительные работы включают:
1)    очистку площадки от леса и кустарников;
2)    корчевку и удаление пней;
3)    удаление камней;
4)    рыхление скальных пород и мерзлых грунтов;
5)    понижение уровня грунтовых вод.
Для их механизации применяют различные машины, из которых рассмотрим рыхлители, кусторезы и корчеватели.
10.1 Рыхлители
Рыхлитель (рисунок 10.1) представляет собой машину (гусеничный трактор или пневмоколесный тягач) с навесным или прицепным рабочим оборудованием в виде рамы с зубьями для послойного разрушения и отделения кусков грунта от массива.
Они служат для рыхления мерзлых грунтов и пород, которые не могут разрабатываться экскаваторами, бульдозерами, скреперами и другими машинами для земляных работ, которые имеют весьма ограниченные возможности, о чем свидетельствуют данные таблицы 10.1.
Таблица 10.1 - Значения удельных сопротивлений грунта копанию различными машинами
Машина
Удельное сопротивление грунта копанию, МПа
Бульдозеры и скреперы
Одноковшовые экскаваторы
Многоковшовые экскаваторы
Кроме того, их используют для удаления из грунта корней, остатков пней и камней после работы корчевателя, а также для разрушения старых дорожных покрытий при ремонте дорог (см. рисунок 10.1).
Рисунок 10.1- Конструктивная схема рыхлителя:
1 - базовый трактор; 2 - опорная рама; 3 - тяга; 4 - рабочая балка;
5 - гидроцилиндр подъема-опускания рабочего органа; 6 - сменный зуб;
7 - наконечник зуба; 8 - нижняя рама
Рабочий орган рыхлителя (зуб) состоит из стойки, режущего элемента (съемного наконечника) и элементов крепления (кронштейна) (рисунок 10.2). Хвостовая часть стойки зуба выше наконечника может быть защищена в пределах изогнутой части сменными противоизносными накладками. Это увеличивает долговечность стоек, поскольку накладки после их износа можно сменить. В ряде случаев на зуб устанавливают уширители, которые увеличивают зону разрушения грунта, снижая общее количество проходов рыхлителя. Работоспособность наконечников определяет производительность рыхлителей. При эксплуатации наконечники подвергаются значительным динамическим нагрузкам и абразивному изнашиванию, что обуславливает их конструктивные особенности. При разработке наконечников стремятся обеспечить их прочность при ударном нагружении в сочетании с износостойкостью и самозатачиваемостью. Они имеют клиновидную форму с плоскими режущими гранями и внутренним карманом для установки на хвостовике стойки. В ряде случаев режущую часть наконечников усиливают путем формирования ребер жесткости на передней грани, обеспечивающих жесткость режущего элемента.
Рисунок 10.2 - Рабочее оборудование рыхлителя
Рыхлители осуществляют подготовительные работы, поэтому их маркируют индексом ДП, за которым следует цифра порядкового номера модели и буквы, обозначающие очередную модернизацию и исполнение оборудования. Имеется два варианта маркировки рыхлителей. Если базовой машиной является трактор, то рыхлительное оборудование маркируют упомянутым выше методом, например, ДП-29АХЛ. Если же базовой машиной является бульдозер (имеющий собственную маркировку), тогда в обозначении машины должна быть двойная индексация, например, ДЗ-126А (ДП-9С).
В большинстве случаев применяют бульдозерно-рыхлительные агрегаты, устанавливая на трактор или тягач оборудование бульдозера (или одноковшового фронтального погрузчика). Это уравновешивает базовую машину, создавая лучшие условия для ее перемещения при рыхлении.
Рыхлители классифицируют по следующим основным признакам:
1)    по назначению;
2)    ходовому оборудованию;
3)    тяговому усилию (или мощности);
4)    конструктивным признакам.
По назначению различают рыхлители общего назначения и специальные. Рыхлители общего назначения производят рыхление грунта в основном на глубину до 1 метра. Их оборудуют обычно одним-пятью (редко семью) зубьями. Рыхление высокопрочных грунтов производят, как правило, одним зубом.
Рыхлители специального назначения рыхлят грунт на глубину до 2 метров. Их оборудуют одним - тремя зубьями.
По способу передвижения различают рыхлители навесные и прицепные. Прицепные рыхлители применяют редко и только для сравнительно малых объемов земляных работ. Они имеют меньшую маневренность и устойчивость, чем навесные, и не используют массу тягача. Поэтому в дальнейшем будем анализировать навесные рыхлители.
По ходовому оборудованию различают гусеничные (на тракторах) и колесные (на тягачах) рыхлители. Наибольшее распространение имеют рыхлители на тракторах с мощностью до 800 л. с. и на тяжелых колесных тягачах мощностью до 2500 л. с.
По номинальному тяговому усилию (кН) или максимальной силе тяги по сцеплению базового трактора различают рыхлители: легкие (менее 135), средние (135-200), тяжелые (200-300) и сверхтяжелые (более 300).
По конструктивным признакам имеется несколько типов классификации (по типу зубьев, способу их крепления и т. д.), основной - по типу подвески рамы рыхлителя. Различают:
а)    трехточечную (трехзвенную, радиальную) подвеску с креплением рамы к корпусу заднего моста (т. е. рама - внутренняя). Рабочее оборудование включает опорную раму, гидроцилиндры (2 шт.), нижнюю раму, зубья и наконечники (рисунок 10.3, а). Она имеет малую металлоемкость и простую конструкцию (ее используют на всех классах рыхлителей). Недостатком является изменение угла резания зубьев в зависимости от их заглубления, вследствие чего возникают большие радиальные нагрузки на зубья;
б)    трехточечную (рисунок 10.3, б)- с креплением рамы с зубьями к рамам гусеничных тележек или к остову базового трактора (охватывающая рама);
в)    четырехточечную (четырехзвенную) (рисунок 10.3, в) подвеску рамы с креплением рамы к корпусу заднего моста (внутренняя рама). При выдвижении штока гидроцилиндры поднимают балку и зубья в верхнее положение. При его втягивании зубья заглубляются в грунт. Благодаря параллелограмму зубья перемещаются при подъеме по траектории, близкой к вертикальной, т. е. подвеска имеет постоянный угол резания при любом заглублении зубьев. Это увеличивает их долговечность и позволяет рыхлить грунт даже при подъеме рабочего органа, что невозможно при трехзвенной подвеске.
Рисунок 10.3 — Типы подвески рамы рыхлителя: а, б - трехзвенная, в - четырехзвенная:
1 - базовая машина; 2 - гидроцилиндры; 3 - нижняя рама; 4 - рабочий орган; 5 - опорная рама; 6 - рабочая балка Рабочий орган оснащается одним или несколькими зубьями. Их крепление может быть жестким или шарнирным (поворотным). Поворот зубьев (на угол 15° в обе стороны) осуществляется за счет их установки в специальных кронштейнах (флюгерах), прикрепляемых к раме шарнирно. По форме различают изогнутые (для скальных грунтов), прямые (универсальные) и полуизогнутые (это позволяет уменьшить усилие заглубления при большом угле резания) зубья. Длина зубьев должна быть больше максимальной глубины заглубления на 0,1-0,3 метра, чтобы рама рыхлителя свободно проходила над поверхностью разрыхленного грунта. Отметим, что соединение рамы рыхлителя со штоками двух гидроцилиндров условно принято считать за одну точку подвески. Гидроцилиндры работают от гидросистемы базового трактора. Высота подъема зубьев, м, над уровнем опорной поверхности базовой машины зависит от ее мощности: -    для легких рыхлителей - 0,3-0,5; -    для средних - 0,6-0,7; -    для мощных - более 0,7. Число зубьев и их шаг зависят от глубины рыхления, свойств грунта и размера кусков, а также мощности рыхлителя. Естественно, что с ростом мощности шаг растет: для легких рыхлителей - 0,3-0,5 м (для 5 зубьев), 0,8-1,0 м (для 3 зубьев); для средних рыхлителей - 0,9-1,3 м; для мощных и сверхмощных - 1,4 м. Силы, действующие на рыхлитель. При работе рыхлителя необходимо рассчитать рабочий орган и систему подвески на прочность и долговечность, а также определить необходимые усилия заглубления рабочего органа с учетом режимов работы и свойств грунта. При расчете на прочность принимают два основных положения, при которых возникают наибольшие нагрузки (рисунок 10.4). Рисунок 10.4 - Расчетные схемы для определения усилий на рабочем органе рыхлителя: а - при заглублении; б - при выглублении Первое расчетное положение (при заглублении) - по известной силе тяжести трактора GT (включая бульдозерное и рыхлительное оборудование) определяют максимальную силу заглубления зуба Р3. Из условия приподнимания (вывешивания) базового трактора относительно точки А (точнее относительно ребра А) составляют уравнение моментов (рисунок 10.4, а) ТМа = 0.    (10.1) По силе Р3 определяют геометрические размеры зуба, при которых этой силы достаточно для его внедрения в грунт. Условие внедрения зуба P3>kpF,    (10.2) где кр - коэффициент удельного сопротивления грунта рыхлению; F - максимальная площадь части зуба, которая внедряется в грунт, м2. Второе расчетное положение (при выглублении) - определяют максимальную силу подъема (выглубления) зуба из положения максимально возможного заглубления. В этом случае силу выглубления Рв определяют из условия опрокидывания рыхлителя вокруг точки В (из уравнения моментов £МВ = 0) (рисунок 10.4, б). Для расчета рамы и гидравлического привода рыхлительного оборудования на прочность к этим силам Р., и Рв следует добавить силу тяги Тсц. При перемещении машины под действием тягового усилия зубья заглубляются в грунт на глубину, которая зависит от режимов работы основной машины (бульдозера, скрепера, грейдера). Наименьшая глубина рыхления (за один проход) должна на 20-30 % превышать толщину стружки грунта, срезаемого рабочими органами землеройно-транспортных машин, в комплексе с которыми работает рыхлитель. Рыхлитель движется с оптимальной скоростью для этой глубины, а затем зубья выглубляются (поднимаются) вплоть до выхода из грунта. Применяют две технологические схемы рыхления грунта: 1)    челночную - грунт рыхлят параллельными проходами до края площадки без разворота с возвратом в исходное положение задним ходом. Она применяется для небольших площадок, когда разворот затруднен; 2)    продольно-поворотную - грунт рыхлят параллельными проходами с поворотом трактора в конце каждого хода. Это основная схема для участков большой протяженности. Производительность рыхлителя (машины непрерывного действия) в общем случае определяется произведением площади поперечного сечения слоя разрыхленного грунта на среднюю рабочую скорость передвижения. Вместе с тем, она зависит от многих других факторов (степени рыхления, режимов и типа основной машины). Она зависит, прежде всего, от тягового усилия трактора по сцеплению То, и скорости рыхления vv (оптимальная vv = 1,5.. .2,5 км/ч). Тяговое усилие трактора зависит от его типоразмера и обычно при vp - 1,5 км/ч составляет 1,0-1,1 массы трактора с оборудованием бульдозера и рыхлителя. При равных Тсц и vp производительность зависит от количества зубьев, расстояния между НИМИ и глубины рыхления /?р. В свою очередь, глубина рыхления И его форма зависят и от свойств грунта. При уменьшении или увеличении мощности или силы тяжести глубина изменяется примерно пропорционально корню кубическому изменения силового параметра. Техническую производительность рыхлителя //тех определяют по формуле R fa 71 Ъ~ ятех = р р р пер,    (10.3) где Вр - полезная ширина захвата рыхлителем, м; hp - полезная толщина разрыхленного слоя, м; Vp - скорость рыхлителя, м/ч; А’иер - коэффициент перекрытия зон рыхления (кпер = 0,75); К - коэффициент характера проходов, 1 - для параллельных проходов, [2 - для перекрестных проходов; п - число повторных проходов в поперечных направлениях. Эксплуатационная производительность Пэ определяется с учетом коэффициента использования машины во времени (подготовки, осмотра и техобслуживания) : Пэ = Птехкъ,    (10.4) где къ - коэффициент использования машины по времени (ЛЕ = 0,85). В этом случае рабочую скорость уменьшают на 20 % для учета случайных задержек. Общий расчет включает: 1)    выбор исходных параметров; 2)    предварительное установление размеров и массы; 3)    определение основной рабочей нагрузки (при расчетах сил сопротивления рыхлению); 4)    тяговый расчет; 5)    определение необходимой мощности тягача; 6)    определение характеристик рабочего органа; 7)    проверка устойчивости; 8)    определение эксплуатационной производительности. 10.2 Кусторезы Кусторез - это машина, состоящая из тягача и навесного рабочего органа для срезания кустарника и мелколесья на уровне земли. По конструкции, принципам работы и управления они аналогичны бульдозерам и имеют унифицированные с ними узлы. Рабочий орган (рисунок 10.5) навешивается на базовый тягач с помощью унифицированной толкающей рамы, которая используется для бульдозера, а также для корчевателя и снегоочистителя. Отвал в виде А-образной рамы имеет ножи (закрепленные болтами) и клык. Он соединен с универсальной рамой шаровым шарниром и пружинными амортизаторами. Амортизаторы обеспечивают вертикальные перемещения (до 100 мм), увеличивая проходимость машины. Подъем рамы осуществляется гидроцилиндрами. Для защиты кабины оператора и силовой установки используют ограждение, выполненное из стальных труб, и буфер. Рисунок 10.5 - Конструктивная схема кустореза: 1 - клинообразный отвал с прямыми ножами; 2 - шаровой шарнир; 3 - гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 4 - защитное ограждение; 5 - базовый трактор; 6 - гусеничная тележка; 7 - гусеница; 8 - шарнир; 9 - универсальная толкающая рама Отличие от бульдозера состоит в конструкции рабочего органа, который представляет собой отвал клинообразной формы с гладкими или пилообразными ножами в его нижней части и клыком (колуном) в носовой части для раскалывания пней и разрезания сваленных деревьев. Срезка кустарника совмещается с удалением дерна, т. к. отвал заглубляется на 3-5 см. Поэтому кустарник и мелколесье (с диаметром стволов до 15 см) срезаются, не оставляя пней. Максимальный диаметр срезанных деревьев (за несколько проходов) достигает 40 см в зависимости от породы дерева. По типу рабочего органа различают ножевые и фрезерные кусторезы. Наибольшее распространение имеют ножевые двухотвальные кусторезы с прямыми и пилообразными ножами и гидравлическим управлением. В процессе работы кустореза отвал, опущенный на поверхность грунта, скользит по нему, срезая кустарник и деревья на ширину захвата отвала. Нож действует на дерево (в точке касания) силой Т (рисунок 10.6), которую можно разложить на составляющие Тр (усилие резания) и 7’, (усилие подачи или скалывания). При работе кусторез преодолевает силы сопротивления. Со стороны дерева (это наиболее тяжелый случай) на рабочий орган в точке касания действует реактивная сила Р, равная тяговому усилию Т и противоположная по направлению. Ее составляющие: а)    вдоль режущего лезвия - сила сопротивления резанию Рр, б)    перпендикулярно режущему лезвию - сила сопротивления скалыванию Рп. Кроме того, вдоль режущего лезвия действует сила, препятствующая перемещению ножа относительно дерева - сила трения Ртр. Очевидно, что кусторез может работать только при условии: Рр > Ртр (в противном случае нож застрянет в дереве). Эти силы стремятся сдвинуть и повернуть кусторез вокруг его центра тяжести, т. е. препятствуют эффективной работе кустореза. Суммарный момент этих сил, стремящихся повернуть машину, Мшя=РА-(Рр+Ртр)1р,    (10.5) Р, Р=»Л’    (10-6) где цд - коэффициент трения металла по древесине (цд = 0,25). на рабочем органе кустореза Противодействие повороту и сохранение прямолинейности движения обеспечивают силы сцепления между гусеницами и грунтом. Момент сопротивления повороту с учетом этих сил ^«,п=уРА,    (10.7) где а - ширина колеи, м; фг - коэффициент сцепления гусениц с грунтом; GK - сила тяжести кустореза, Н. Таким образом, прямолинейность движения кустореза не нарушится, если М„ „ > А/ D, т. е. ^с'п > 1. С.П    ПОВ ?    1 / Для подъема отвала кустореза (см. рисунок 10.6) требуется усилие Рпод, которое можно найти из уравнения моментов сил YMo = 0 относительно точки крепления рамы к тележке с учетом сил тяжести отвала G0 и рамы Gp. Последовательность общего расчета такая же, как и расчета бульдозеров. Производительность кустореза ^Тех=7-(Ю-8) — + ^пов п
где В - ширина захвата, м; Zp х - длина участка (от поворота до поворота), м; п - число проходов (по одному месту); /Пов - время одного поворота в конце участка (tnoB = 90... 120 с). 10.3 Корчеватели Корчеватель представляет собой базовую машину с навесным рабочим органом со специальными зубьями (рисунок 10.7). Он предназначен для корчевки и уборки пней диаметром до 50 см, расчистки участков от камней, корней, сваленных деревьев. Его можно использовать и для рыхления грунта. Имеется два варианта корчевателей: с передней и задней навесками рабочего оборудования. Конструкция корчевателя с задним расположением рабочего оборудования подобна конструкции рыхлителя. Рисунок 10.7 - Корчеватель: а - конструктивная схема; б - рабочий орган; 1 - толкающая рама; 2 - рабочий орган (отвал с зубьями); 3 - гидроцилиндры Наибольшее распространение имеют корчеватели с передним расположением рабочего оборудования, устройство которых аналогично устройству бульдозеров. Его рабочий орган - это решетчатый отвал с зубьями, который устанавливают на универсальной раме, укрепленной на гусеничных тележках трактора. Зубья располагаются в нижней части отвала, который с помощью шарового шарнира крепится к универсальной толкающей раме трактора. Корчеватели с передней навеской различаются размерами и частотой расположения зубьев. Машину с более мелкими зубьями называют корчевателем-собирателем. Он производит корчевку кустарника и пней диаметром до 30 см. При корчевании зубья заглубляются в грунт (за 0,5-0,75 м от пня), после чего отвал приподнимается. В ряде конструкций универсальных рам отвал может поворачиваться (относительно рамы) в вертикальной плоскости с помощью дополнительных гидроцилиндров. Это облегчает его разгрузку, а также обеспечивает при корчевке пней приложение к ним усилий как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Уборку камней этой машиной производят в двух вариантах: 1)    толкающим усилием, развиваемым тягачом; 2)    подъемным усилием, создаваемым гидроцилиндрами механизма подъема (камней большей массы и с более значительной глубины). Общий расчет корчевателей-собирателей выполняется аналогично расчету бульдозеров. Особенности расчета состоят в определении рабочих нагрузок. Уравнение тягового баланса для корчевателей имеет следующий вид: где кд - коэффициент динамичности; Г] - тяговое усилие трактора на первой передаче, Н. где Wv - сопротивление резанию грунта; W - гпттпптмкттрттмр ттрпрмртттрттмтп Tfaiuwpw КОрнеЙ И Др.; WK - сопротивление перемещению корчевателя. Сопротивление резанию сред ср ’ где Рсред - средняя удельная сила резания (т. е. давления) грунта с корнями, Н, 40... 50 кПа - для дерна, Рсред = 1 [l00...200 кПа - с большим содержанием корней кустарника; Fcр - площадь поперечного сечения среза, м2. Сопротивление перемещению камней, корней где Gnep - сила тяжести перемещаемых корней и др., Н; fx - коэффициент сопротивления перемещению, K=GK(f + »> (10.13)
где GK - сила тяжести корчевателя, Н; /- коэффициент сопротивления передвижению (f- 0,08...0,15); / - уклон пути. Производительность корчевателя находится по той же формуле, что и кустореза: J
п
(10.14)
Рабочие органы машин для подготовительных работ, как правило, являются дополнительным или сменным рабочим оборудованием базовых машин (гусеничных тракторов или колесных тягачей). Корчевателями и кусторезами оборудуют бульдозеры с поворотным отвалом, а рыхлительные органы используют в автогрейдерах, бульдозерах, одноковшовых экскаваторах. К основным направлениям их развития относятся мероприятия, расширяющие их технологические возможности и повышающие эффективность их эксплуатации в различных грунтах: 1)    совершенствование конструкции рабочих органов путем повышения их подвижности в горизонтальной и вертикальной плоскостях; 2)    совершенствование системы управления положением рабочего органа при изменении угла рыхления, вылета стойки зубьев, шага и бокового выноса зубьев; 3)    оснащение рыхлителей системами автоматического регулирования режимов эксплуатации и положения рабочих органов с учетом свойств разрабатываемых грунтов; 4)    оснащение рыхлителей рабочими органами активного действия; 5)    расширение типоразмерного ряда базовых тракторов; 6)    расширенное использование унифицированных блочно-модульных агрегатов тракторов и узлов рабочего оборудования. 11 СКРЕПЕРЫ Скрепер (от английского scrape - скрести) - это землеройнотранспортная машина с ковшовым рабочим органом, которая производит копание, перемещение, отсыпку и разравнивание грунта I-IV категорий (при дальности транспортирования 100-5000 м). Они наиболее продуктивны при разработке однородных песчаноглинистых грунтов. Их не рекомендуется применять на вязких и липких грунтах. Для ускорения наполнения ковша часто применяют толкачи, увеличивающие силу тяги (бульдозеры со специальными отвалами). Считают, что скрепер наиболее эффективен при разработке связных грунтов, перемещении их на расстояния до 2200 м по трассам с подъемами а <6° (для груженых) и а < 12° (для порожних машин). Скрепер (рисунок 11,1) состоит из следующих основных частей: 1)    рабочего оборудования (ковша с рабочими исполнительными механизмами, чаще всего с передней заслонкой и выдвижной задней стенкой); 2)    ходового оборудования; 3)    привода (двигателя или двигателей, трансмиссии и системы управления); 4)    сцепного устройства; 5)    буферного устройства; 6)    тягача. а)    б) I-ir"srw р.:-.--'    Тк.ГГВа. Of;-    ................... Рисунок 11.1- Скрепер: а - прицепной; 6 - самоходный Скреперы классифицируют по следующим основным признакам: 3    3 1)    по вместимости ковша - малая -6м; средняя - 6-12 м ; большая -15-25 м3; особо большая - более 25 м3; 2)    по способу агрегатирования с тягачом - прицепные, полуприцепные, самоходные. К прицепным скреперам относятся двухосные машины (т.е. скреперы, которые без тягача принимают транспортное положение), к полуприцепным -одноосные скреперы, у которых тягачи двухосные или гусеничные. Самоходные скреперы имеют одноосный тягач и скреперное оборудование с задними ведомыми колесами, т. е. являются одномоторными. Геометри- ческая вместимость ковша по типоразмерам составляет 8; 10; 15; 25 и 40 м (при заглублении 150-300 мм). К самоходным относят также скреперы, имеющие мотор-колеса, т.е. снабженные двигателями (электрическими или гидравлическими) на каждое заднее колесо. У самоходных и полуприцепных скреперов сила тяжести GM передается в основном на ведущие колеса, что способствует увеличению силы сцепления Рсц. Например, у самоходных скреперов сцепная сила тяжести GCIi = 0,48GM, а у прицепных - только 0,29GM; 3)    по способу загрузки ковша: а)    со свободной загрузкой (наполнение ковша происходит под давлением срезаемой стружки при действии тягового усилия); б)    с принудительной загрузкой (подъем грунта в ковш производится элеватором, шнеком и др.). При свободной загрузке развивается большое сопротивление наполнению ковша, но конструкция скрепера значительно проще; 4)    по способу разгрузки ковша: а)    со свободной разгрузкой вперед или назад (путем опрокидывания ковша); б)    со щелевой разгрузкой (днище, поворачиваясь, выводится из-под грунта и в конечном положении наклоняется к горизонту под углом 72-75°); в)    с принудительной разгрузкой (задняя стенка выталкивает грунт, как щит); 5)    по типу трансмиссии - с гидравлической и электрогидравлической трансмиссией; 6)    по конструкции ходового оборудования - одноосные и двухосные скреперы; 7)    по схеме подвески ковша - рамной конструкции (ковш шарнирно установлен в основной раме) и безрамной, при которой ковш служит рамой, а его вес передается непосредственно на ось. Большинство современных скреперов имеют безрамную конструкцию. Основным рабочим органом является ковш. Это емкость, открытая спереди и сверху, ограниченная днищем, боковыми и задней стенками, оснащенная ножами. Боковые стенки, режущая часть, остальные (неподвижные относительно друг друга) элементы конструкции соединены вместе посредством каркаса, который служит также для соединения ковша с подвижными элементами конструкции (заслонкой и др.), ходовым и сцепным устройствами, исполнительными механизмами рабочего оборудования (рисунок 11.2). Q)    Гидродттлиндр .Рыггйжный    Коттг Задняя Г пл ^щилимдр оаедозиси, V механизм    '    Утенка :оад'-тей стенки •управления    \ :ЗДСЛОНКОЙ    / Г'11Д]>0 ДМ Л и ндр "" йовша Передняя ось Колесо ■_ сЗаелддкй ■\ Тяговая равда
w
Буфер
'^Тогкятел!....... задней стсшш
Тяговая рама Заслонка Ковш Задняя ........... / стенка / Толкатель^ , -vf\ Гзадней стенки Тидроцилиндр подъёма ковша ^ Колесный. тормоз /Гидроцилиндр .......задней' стенки Рисунок 11.2- Рабочее оборудование скрепера: а - прицепного; б - самоходного
*Л\ ^ \ \ Направляющая mS- балка
Буфер
Спереди (рисунок 11.3) ковш 5 закрыт передней заслонкой 3, соединенной с ним шарнирно. Задней частью ковш опирается на ось задних колес, а в передней части он соединен (упряжными шарнирами) с боковыми балка- ми 9 тяговой рамы, относительно которой он может изменять свое положение в вертикальной плоскости. Тяговая П-образная рама своей передней балкой 1 (чаще всего изогнутой в вертикальной плоскости) соединена с тягачом непосредственно или через тележку. Опорой тяговой рамы является универсальный шарнир, позволяющий прицепной части поворачиваться относительно тягача или тележки в любых направлениях. К подножевой плите крепят сменные двухлезвийные ножи 10 (два боковых и средний). Ковш снабжен выдвижной задней стенкой 6, управляемой гидроцилиндрами 7. 1    2: 3    4 .5 6 1 - хобот тяговой рамы; 2 - гидроцилиндр управления ковшом; 3 - передняя заслонка; 4 - гидроцилиндр управления передней заслонкой; 5 - ковш; 6 - задняя стенка; 7 - гидроцилиндр управления задней стенкой; 8 - буфер; 9 - боковые балки (упряжные тяги) тяговой рамы; 10 - ножи Рабочий процесс скрепера состоит из операций копания грунта и заполнения им ковша, транспортирования грунта в ковше к месту укладки, разгрузки ковша и возвращения машины на исходную позицию следующего рабочего цикла (рисунок 11.4). Рисунок 11.4- Рабочий цикл скрепера Вначале ковш (с помощью гидроцилиндров 2) опускают на грунт и приоткрывают заслонку (с помощью гидроцилиндров 4) так, чтобы ее нижний обрез был ниже уровня поверхности земли. Ковш заглубляют в грунт (под действием силы тяжести и гидроцилиндров), и в процессе движения происходит его заполнение. Толщину срезаемого грунта регулируют положением ковша и передней заслонки. Затем ковш поднимают в транспортное положение и перемещают к месту разгрузки (укладки), которую производят с помощью задней стенки 6 (она выталкивает грунт). После чего в порожнем состоянии скрепер возвращают к месту начала копания. Наиболее распространенной машиной является самоходный скрепер (рисунок 11.5) - двухосная пневмоколесная машина (одноосный тягач и полуприцепное одноосное скреперное оборудование). На тягаче имеются два гидроцилиндра для его поворота относительно рабочего органа (в плане). Рисунок 11.5- Конструктивная схема самоходного скрепера: 1 - тягач; 2 - седельно-сцепное устройство; 3 - гидроцилиндр поворота; 4 - гидроцилиндр подъема-опускания ковша; 5 - тяговая рама; 6 - передняя заслонка; 7 - гидроцилиндр управления заслонкой; 8 - задняя стенка; 9 - буферное устройство; 10 - ковш; 11 - ножи Самоходные скреперы выполняют по конструктивной схеме шарнирно-сочлененных машин. Их особенностью (как шарнирно-сочлененных машин) является отсутствие управляемых колес. Поворот производят поворотом в плане одной секции относительно другой вокруг вертикальной оси сочленяющего шарнира посредством специальной системы поворота. Сочленяющий шарнир имеет две взаимно перпендикулярные оси. Горизонтальная ось связана с тягачом (параллельно его продольной оси) и обеспечивает боковые крены тягача относительно скреперного оборудования. Вертикальная ось шарнира центрируется в оголовке хобота и обеспечивает поворот в плане передней секции относительно задней для изменения направления движения машины в целом. Сцепное устройство служит для передачи тягового усилия от тягача и обеспечения поворота скрепера. Сцепное устройство дает возможность относительного поворота тягача и скрепера в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Как отмечалось, на подножевой плите устанавливают секционные съемные ножи. Режущая часть ножа должна иметь минимально допускаемый угол резания (не более 30°). Он имеет различную форму (рисунок 11.6): а)    с прямолинейной кромкой (используют только для планировочных работ из-за большой энергоемкости); б)    с выступающей средней частью (энергоемкость работ меньше, а толщина среза в средней части больше, что улучшает условия продвижения стружки и заполнения ковша); в)    с полукруглой кромкой (имеет те же преимущества, что и с выступающей средней частью). Постановка зубьев снижает энергоемкость процесса, но затрудняет передвижение стружки в ковше. Обычно их используют при элеваторной загрузке и при разработке грунтов с твердыми включениями. Рисунок 11.6- Схемы ножей режущей части ковша: а - с прямолинейной кромкой; 6, в - с выступающей средней частью; г - прямолинейный с зубьями; д9 е — с зубьями на выступающей средней части Заслонка ковша увеличивает его вместимость и обеспечивает направленный напор грунтовой стружки, которая поступает в ковш сквозь щель между заслонкой и ножом. Заслонка состоит из корпуса (обычно цилиндрической формы), боковых стенок и рычагов с проушинами для крепления к боковым стенкам ковша. Задняя стенка ковша (выдвижная) выполняется как щит, который под действием гидроцилиндров может двигаться вдоль ковша, выталкивая грунт. Тяговая (П-образная) рама соединяет тягач с ковшом, воспринимает нагрузку от веса ковша и передает ему усилия от тягача. Ее основные элементы: -    стойка (из литья), которая имеет две проушины для пальцев оси вращения шкворня сцепного устройства; -    хобот (криволинейный брус коробчатого сечения); -    поперечная балка (передняя); -    упряжные тяги (боковые балки). Буферное устройство служит для восприятия толкающего усилия от толкача и имеет вид упора, выступающего в задней части скрепера за габариты ходового устройства. Для снижения динамических нагрузок применяют амортизаторы, например барабаны на подшипниковых опорах. Ходовое устройство скреперов пневмоколесное (только в тягачах прицепных скреперов используют гусеничное). Гидравлическая система управления рабочими органами (рисунок 11.7) обеспечивает: -    подъем и опускание ковша и заслонки; -    выдвижение и возврат задней стенки; -    поворот скрепера. Рисунок 11.7 — Схема гидросистемы скрепера: 1 - масляный фильтр; 2 - обратный клапан; 3, 5 - насос; 4 - переключатель насоса; 6 - бак; 7 - рукав высокого давления; 8, 14 - предохранительный клапан; 9, 10 - гидроцилиндр рулевого управления; 11 - золотниковая коробка; 12 - рулевой механизм; 13 - гидрораспределитель; 15 - гидрозамок; 16 - 18 - гидроцилиндры ковша, задней стенки и заслонки; А, Б - гидролинии Насосы гидросистемы приводятся в действие от коробки отбора мощности базового тягача. Раздельное управление гидроцилиндрами осуществляют распределителями, установленными в кабине. Параметры скрепера. Главный параметр - геометрическая вместимость ковша (qK). Основные параметры - мощность двигателя, масса машины, ее габаритные размеры, ширина и максимальная толщина срезаемого грунта (рисунок 11.8), колесная база скрепера, рабочая и транспортная скорости, распределение силы тяжести по осям скрепера. Сила тяжести самоходного скрепера складывается из сил тяжести тягача и скрепера. Для одноосного тягача GTO =(40...45)iV,    (11.1) где N - мощность тягача, кВт. Распределение силы тяжести по осям для самоходного скрепера, %: -    порожнего - на переднюю ось - 70, на заднюю - 30, -    загруженного - на переднюю ось - 50, на заднюю - 50. qK - вместимость ковша геометрическая; Вк - ширина ковша; qm - вместимость шапки;    h - заглубление; Ч ~ Чк + Чш,    с - толщина срезаемого слоя Рисунок 11.8- Основные геометрические параметры скрепера Габариты скрепера включают длину Z, ширину В и высоту Н. Для самоходных скреперов L = 5,3^, 5 = (1,44...1,52)з/^, Я = (1,44...1,50)з/^. (11.2) Продольная колесная база самоходных скреперов Поперечная колесная база - обычно такая же, как у тягачей. Если нет данных, тогда Я6 =(0,32...0,34>^ .    (11.4) Отметим, что во всех формулах, где есть диапазон коэффициентов, большие значения - для скреперов меньшей вместимости и мощности. Как отмечалось, главный параметр ковша - его вместимость (qK), а основные - LK, Вк, Нк. С уменьшением высоты и длины, увеличением ширины ковша сопротивление грунта снижается. Однако для скрепера с большой вместимостью ковша увеличивать Вк нельзя по транспортным соображениям, Поэтому для ковшей 10 < qK < 25 м наиболее приемлемыми являются следующие размеры (с учетом формул подобия): ZK=(0/73...0,79)^; Лк=(1,20...1,30)з/^; (11.8)
Як= (0,64..Д68)з/^; 1К=(1,4...1,8)ЯК, Як=(0,4...0,б)Лк Обычно по условиям проходимости скрепера А - -^тяг + ^ + 2 Ай , (11.9)
где Ктяг - колея одноосного тягача, м; b - ширина пневмошины, м; Аb - зазор между наружным краем шины и поверхностью боковой стенки ковша (Аb = 0,03... 0,06 м). Привод. Для самоходных (и полуприцепных двухосных) скреперов используют четырехтактные дизельные двигатели мощностью до 405 кВт: ДЗ-87-1 - 121 кВт; ДЗ-11П - 158 кВт (тягач МоАЗ-546П); Д3-13Б - 265 кВт (БелАЗ-7422); ДЗ-115А - 265+265 кВт (БелАЗ-531); ДЗ-107 - 405+405 кВт; ДЗ-155-1 - 265 кВт (БелАЗ-7422). Самоходные скреперы оборудованы гидромеханическими коробками передач (они приспособлены к введению автоматического переключения передач с помощью микропроцессорных систем управления). Применяемые гидротрансформаторы имеют высокий КПД (и прочие достоинства). Тяговый расчет скрепера. Его следует производить для транспортного и рабочего режимов. Для рабочего режима этот расчет выполняют при решении следующих задач: 1)    по заданной qK определяют потребную силу тяги и по ней подбирают тягач; 2)    по заданному типу тягача определяют qK скрепера. Возникающие при работе скрепера сопротивления связаны с процессом копания. Сила сопротивления развивается в процессе наполнения ковша грунтом и достигает максимальных значений в конце копания - на заключительной стадии заполнения ковша. Это положение и принимается за расчетное. Тяговое усилие расходуется на преодоление ряда сопротивлений, возникающих при копании: 1)    сопротивление грунта резанию (Wp); 2)    сопротивление перемещению призмы волочения (lVn); 3)    сопротивление заполнению ковша (W3an); 4)    сопротивление перемещению машины (Wnep). В данной формуле: 1) 1Гр определяется по выражению Wp - КВкс ,    (11.11) где К - удельное сопротивление грунта резанию (из таблицы 11.1). Таблица 11.1 - Значения удельных сопротивлений грунта резанию Грунт К, МПа Пески Супеси и суглинки Тяжелые суглинки и глины Принимать К > 0,12 МПа не следует, в этом случае необходимо предварительно рыхлить грунт. Ширина ковша скрепера Вк определяется конструктивно: В = ВК,    (11.12) Где В - длина ножа ковша скрепера, м. Толщина срезаемого слоя с, м, определяется из таблицы 11.2. Таблица 11.2 - Значения толщины срезаемого слоя ковшами разной вместимости Суглинки Супеси Эти данные верны для прямого ножа (т.е. для самой простой формы), для ступенчатого - формула немного сложнее; 2) Wu - сопротивление перемещению призмы волочения определяют из формулы ±i)=vM ±0-.    (н 13) где Gnp - сила тяжести призмы волочения, Н; ^пр - объем призмы волочения, м3, qlv (в%от qK) можно найти из таблицы 11.3; рг - плотность грунта, кг/м3; f - коэффициент трения грунта по грунту (f = 0,3.. .0,5 - большие значения для песчаных грунтов); / - уклон местности; /с|:, - коэффициент разрыхления грунта. Таблица 11.3 - Значения объема призмы волочения при разных вместимостях ковша Грунт Ящ> (0//°) ПРИ вместимости ковша, м3 Песок Супесь Суглинок Глина Кроме того, Wn можно найти, зная геометрические параметры грунта в ковше: К =    ^ 0.    (И М) где у - коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и ножами ковша (у - 0,5.. .0,7; большие значения относятся к сыпучим грунтам); Вк - ширина ковша, м; Нт - высота наполнения грунтом (высота грунта в ковше), м. 3) W3ап - сопротивление заполнению ковша включает две составляющие: а) сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта, поступающего в ковш: Кп=8РЛ^т,    (11.15) //, можно найти из таблицы 11.4. Таблица 11.4 - Значения высоты наполнения ковшей разной вместимости <?к, М3 б) сопротивление трению грунта в ковше, которое возникает в результате сил давления Р боковых призм, располагающихся по обе стороны столба грунта, при его перемещении в вертикальном направлении внутри ковша: Ku = 2РЛ = xBKH2rPrg ,    (П-16) х — —= _sin2cp    (11.17) 1 + tg q>j 2 где ф! - угол внутреннего трения грунта (из таблицы 11.5). Таблица 11.5 - Значения углов внутреннего трения для разных видов грунтов Грунт Ць град Глина Суглинок Песок Заполнение ковша происходит в три стадии: I    - заполняется нижняя часть ковша; II    - заполняется внутренний объем возле заслонки; III    - заполняется верхняя часть ковша (грунт пробивается через уже находящийся в ковше грунт, преодолевая сопротивление сил внутреннего трения и силы собственной тяжести); 4) Wuep - сопротивление перемещению скрепера, »™p=(G=+Gr)(/±0,    (П-18) где Gc - сила тяжести скрепера, Н; /- коэффициент сопротивления передвижению (или качению колес): [0,15... 0,20 - плотные грунты, ^ [0,25...0,30 - пески; GT - сила тяжести грунта в ковше, GT - q'<P'gK" ,    (ц.19) где /с,, - коэффициент наполнения (из таблицы 11.6); кр - коэффициент разрыхления (из таблицы 11.7). Грунт без толкача с толкачом Сухой песок Супесь и средний суглинок Тяжелый суглинок и глина Коэффициент наполнения кя > 1, т. к. кн - —, где дк - геометрическая вместимость ковша, а наполнение возможно с «шапкой» грунта и q> qK. Таблица 11.7 - Значения коэффициента разрыхления для разных видов грунтов Грунт Влажность, % р, г/см3 Песок сухой Песок влажный Легкая супесь Супесь и суглинок Средний суглинок Сухой пылевидный суглинок Тяжелый суглинок Сухая глина Итак, все составляющие сопротивлений найдены. Для работы полуприцепных и самоходных скреперов необходимо, чтобы P0>W,    (11.20) где Р0 - максимальная окружная сила на шинах ведущих колес скрепера, Н. Если мощности силовой установки скрепера недостаточно для преодоления сил сопротивления, тогда используют толкач (бульдозер со специальным коротким отвалом). В этом случае уравнение приобретает вид Р0+ТТ0Лк0>1¥,    (11.21) где TTOJI - тяговое усилие толкача, Н; к0 - коэффициент одновременности работы скрепера и толкача, к0 = 0,85... 0,90. Для работы прицепных скреперов необходимо, чтобы Tmax^W,    (11.22) где 7ШН, - максимальное тяговое усилие на крюке тягача, Н. При транспортировании T>Wпер,    (11.23) где II ||е|. - сопротивление перемещению скрепера с грунтом (как повозки), Н. Кроме того, необходимо произвести проверку возможности реализации тягового усилия по сцеплению: <5сцсрсц >Р0 - W - для самоходных скреперов;    (11.24) СсцФсц ^ Ттах = W - ДЛЯ 1фИЦеПНЫХ,    (11.25) где Осц - сцепная сила тяжести самоходного скрепера или тягача, Н; фСц - коэффициент сцепления. Если указанные силовые условия не выполняются, то предпринимают следующие меры: 1)    изменяют толщину срезаемого грунта; 2)    изменяют скорость движения при наборе грунта; 3)    применяют толкач при наборе грунта. Мощность двигателя тягача для самоходного скрепера определяют по выражению где v - рабочая скорость скрепера, м/с; т| - КПД передачи. Для прицепного скрепера К(/0 ±0+»'] где GT - сила тяжести тягача, Н; fo - коэффициент сопротивления качению тягача. Если же известна мощность двигателя ЛдВ, то можно найти тяговое усилие rmax =0,9Ро =0,9W = 0,9^~.    (11.28) Производительность скреперов можно определить по формуле П =
где кв - коэффициент использования рабочего времени (кв = 0,85); К ЯК;
кн - коэффициент наполнения qK - вместимость ковша, м3; кр - коэффициент разрыхления грунта в ковше (кр = 1,1... 1,4); 7ц - продолжительность цикла, с; ^ц=- + —+ —+ —+ 2/пов, з т р п /3 - длина пути заполнения ковша, м; v3 - скорость движения на пути заполнения, м/с; /т - длина пути транспортирования грунта, м; vT - скорость транспортирования, м/с; /р - длина пути разгрузки, м; vp - скорость движения при разгрузке, м/с; /п - длина пути порожнего скрепера, м; vn - скорость движения порожнего скрепера, м/с; /лов - время на поворот скрепера, /ПОв = 15.. .20 с. Скорости движения на различных стадиях: 1)    при заполнении ковша v3 = (0,65... 0, 8)р15 где it\ - скорость движения на первой передаче тягача, м/с; 2)    при транспортировании грунта (о,55... 0,75) стах - на ровном участке, - на крутом подъеме, к„= 0,6... 1,25: (11.30)
(11.31)
(11.32)
где t’max - скорость движения на высшей передаче, м/с; в зависимости от условий разгрузки; 4) при движении порожнего скрепера шах
(11.34)
v
п
(0,75...0,85)^тах - на ровном участке, v2 - на подъемах,
где v2 - скорость движения на второй передаче, м/с. Длину пути заполнения /3 находят из выражения (11.35)
где кп - коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков, кп = 1,2... 1,6. Что касается длины пути разгрузки, то, по-видимому, можно использовать ту же формулу, что и для /3, но скорректировать толщину стружки. Расчеты на прочность. Для определения внешних сил и расчета на прочность выбирают положения, при которых скрепер (его элементы) испытывают наибольшие нагрузки. К активным силам, действующим на скрепер, относятся сила тяжести скрепера с грунтом, сила тяги и толкающая сила толкача. К реактивным силам относятся реакции грунта, действующие на рабочий орган, а также реакции грунта, действующие на колеса (вертикальные и горизонтальные). Эти силы не постоянны. И сила тяжести, и сила тяги достигают максимальных значений в конце наполнения. Силу тяги определяют либо по мощности двигателя тягача, либо по условию сцепления ходового движителя с грунтом. Для самоходных и полу-прицепных скреперов силу тяги удобно рассматривать как окружную силу Ра. Расчеты на прочность производят для двух стадий процесса: 1)    при резании грунта, а именно в конце стадии резания; 2)    при его транспортировании. Отметим, что при транспортировании (при прямолинейном движении) следует делать поправку на динамические нагрузки, которые в два раза превосходят статические (т. е. G^ = KaG^T, где кд- 2- коэффициент динамичности). При работе скрепера (при копании) наибольшие нагрузки развиваются в конце копания и начале подъема ковша скрепера (это первое положение - рисунок 11.9). Имеем систему уравнений: Рисунок 11.9- Силовая схема скрепера в конце копания (начало выглубления ковша)
ЕУ = 0, отсюда находим R\,R2 и Рк. Кроме того, горизонтальную составляющую Рк можно определить из условия тягового баланса с некоторыми допущениями: 1)    призма волочения отсутствует, т. е. И пр = 0 (работа на плотных грунтах); 2)    движение осуществляется по горизонтальному участку (i - 0), тогда 1 К    О пер *

Второе положение - скрепер опирается на нож с вывешенными задними колесами. В транспортном положении нагрузки определяют для двух случаев: прямолинейное движение (рисунок 11 10) и поворот    Рисунок 11.10- Силовая схема скрепера в транспортном режиме Для прямолинейного движения реакции находят из системы уравнений: £Мо = 0, zx = o, 1У = о. (11.37)
Условие движения получают из уравнения ХЛ’ = 0 ^г/(д,+д2), (11.38)
где/- коэффициент сопротивления передвижению. Следует иметь в виду, что сила тяжести груженого скрепера состоит из сил тяжести тягача, скреперного оборудования и грунта: ^С + Г ^ТЯГ Gc + GT (11.39)
Помимо традиционных общетехнических направлений развития скреперов, таких как обеспечение комфортных и безопасных условий работы, управление машиной и контроль за работой всех основных агрегатов с помощью бортовых компьютеров и микропроцессорных систем, расширенное применение модульной компоновки основных узлов и др., имеются также направления модернизации, связанные с особенностями конструкции и эксплуатации скреперов. Во-первых, это повышение производительности и снижение энергоемкости за счет ускоренного наполнения ковша с использованием различных приспособлений, включая двухщелевую загрузку ковша, его телескопическую форму, принудительную загрузку с помощью элеваторов скребкового, шнекового или роторного типа (рисунок 11.11), а также подвижные стенки ковша, обеспечивающие ускоренное продвижение грунта в ковш. а)    б) Рисунок 11.11- Скреперы с принудительной загрузкой: а - элеваторной; б - шнековой;
1 - днище ковша; 2 - элеватор; 3 - шнек Во-вторых, это расширение технологических возможностей за счет применения скреперов для ремонта асфальтобетонных покрытий. Для этого скреперное оборудование демонтируют, оснащая машину агрегатами для срезания старого и укладки нового дорожного покрытия (рисунок 11.12). Рисунок 11.12- Конструктивная схема рециклера на агрегатах скрепера МоАЗ-6014: 1 - одноосный тягач; 2 - седельно-сцепное устройство; 3 - тяговая рама; 4 - гидроцилиндр; 5 - насос подачи вяжущего (битумной эмульсии); 6 - насос подачи воды; 7 - заднее колесо; 8 - буфер; 9 - устройство подачи активирующей добавки; 10 - фрезерный барабан 12 АВТОГРЕЙДЕРЫ Автогрейдер (от латинского grade - нивелировать) - это землеройнотранспортная машина с отвальным рабочим органом. Он используется: 1)    для планировочных работ; 2)    профилирования земляного полотна железной дороги и автомобильных дорог; 3)    возведения насыпей (до 1 м) из боковых резервов; 4)    рытья и очистки канав и кюветов; 5)    сооружения дорожных корыт; 6)    смешения грунта, щебня или гравийных материалов с вяжущими веществами (битумом, цементом); 7)    разрушения дорожного покрытия, очистки дорог и улиц от снега. Основные рабочие операции автогрейдера представлены на рисунке 12.1. 1 Я&реэанис грунта 2 Перемещение    3 Разравнивание 4 Отрывка кюветов
5 Планировка откосов

15'
.....^ dihj
Стрелка улнаывн^т направление движения Рисунок 12.1 - Основные рабочие операции автогрейдеров
Автогрейдер состоит из силовой установки, трансмиссии, основной и тяговой рам, рабочих органов, ходовой части и механизмов управления (рисунок 12.2). Рабочим органом является отвал. Рисунок 12.2 - Автогрейдер Автогрейдеры классифицируют по нескольким основным признакам: 1)    по главному параметру - мощности двигателя и массе: -    на легкие (45-50 кВт, масса - менее 10 т); -    средние (65-75 кВт, масса - 10-13 т); -    тяжелые (120-130 кВт, масса - 14-19 т); -    сверхтяжелые (270-320 кВт, масса - более 20 т). Кроме этого, существует разделение на классы по мощности двигателя: -    класс 100 (N= 90-120 л.с.); -    класс 160 (N- 135-200 л.с.); -    класс 250 (N= 240-300 л.с.). У классов 100 и 160 ведущими являются задние колеса, а у класса 250 -все колеса ведущие; 2)    по типу привода: -    гидравлический; -    механический; -    комбинированный (электрогидравлический, пневмогидравлический); 3)    по числу осей: двух- и трехосные. Тип колесной схемы (колесная формула) имеет обозначение АхБхВ, где А - число осей с управляемыми колесами; Б - число ведущих осей; В - общее число осей. Автогрейдер снабжают следующим сменным оборудованием: 1)    удлинителем и откосником (для увеличения ширины захвата при отделке откосов насыпей); 2)    кирковщиком (для разрушения покрытий и рыхления грунта); 3)    бульдозерным отвалом; 4)    плужным снегоочистителем. Для выполнения автогрейдером различных работ можно управлять положением рабочего органа следующим образом: а)    изменять положение отвала в горизонтальной плоскости вращением поворотного круга вокруг вертикальной оси на 360°; б)    изменять положение отвала в вертикальной плоскости подъемом или опусканием правого или левого конца тяговой рамы; в)    выносить отвал в стороны (от продольной оси автогрейдера или за пределы его колеи) путем поворота тяговой рамы (в горизонтальной плоскости) вокруг вертикальной оси крепления ее передней точки (шарнира) или посредством поворота передней части рамы у автогрейдеров с шарнирно-сочлененной рамой; г)    изменять угол резания отвала. Таким образом, отвал можно установить горизонтально или под наклоном (в вертикальной плоскости), под любым углом наклона в плане; его можно расположить в полосе колеи автогрейдера или вынести за ее пределы; его можно опустить или поднять относительно уровня обрабатываемой поверхности (см. рисунок 12.1). Рабочий процесс состоит в срезе и поперечном перемещении грунта вдоль отвала, который расположен под углом к направлению движения автогрейдера. Как правило, каждый срез сопровождается несколькими проходами по перемещению срезанного грунта на необходимое расстояние для его укладки в заданное место. В отличие от бульдозера основной отвал автогрейдера расположен между передними и задними колесами по центру его базы, что обеспечивает большую точность планировки, поскольку продольная база автогрейдера в несколько раз больше, чем у бульдозера, и при планировочных работах неровности грунта сказываются в меньшей степени. Скорости автогрейдера для резания и перемещения грунта зависят от его мощности. Резание производят на первой передаче, перемещение - на второй и третьей. Современные автогрейдеры изготавливают по единой принципиальной схеме в виде самоходных трехосных машин с полноповоротным отвалом и гидравлической системой управления рабочими органами (рисунок 12.3). Рисунок 12.3 - Конструктивная схема автогрейдера: 1 - рыхлитель (кирковщик); 2 - силовая установка с трансмиссией; 3 - основная рама; 4 - гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 5 - гидроцилиндр выноса отвала (относительно продольной оси); 6 - тяговая рама; 7 - гидроцилиндр управления отвалом; 8 - бульдозерный отвал; 9 - поворотный круг; 10 - грейдерный отвал; 11 - гидроцилиндр изменения угла резания отвала; 12 - продольно-балансирная балка (подвеска) Силовой установкой автогрейдера, как правило, является дизельный двигатель. В узел трансмиссии входят многоступенчатая коробка перемены передач, раздаточная коробка, мультипликатор, главная передача и балан-сирные редукторы. Имеются автогрейдеры с гидромеханической трансмиссией, а также автогрейдеры с гидромоторколесами. Механизмы управления приводятся в действие гидравлической системой, которая выполняется по раздельно-агрегатной схеме с использованием стандартных насосов и распределительных (трехпозиционных) устройств (рисунок 12.4). Для привода всех механизмов используются гидроцилиндры, для механизма поворота отвала - гидродвигатель вращательного действия (аксиаль-но-поршневого типа). Рисунок 12.4 - Схема гидросистемы рабочего оборудования автогрейдера: HI, Н2 - насосы; МН1, МН2, МНЗ - манометры; УС1, УС2 - гидроусилители; КР1.. .КР5 -предохранительные клапаны; Bl, В2 - гидробаки; ЗМ1.. .ЗМ7 - гидрозамки; К31, К32, ЬСЗЗ -замедлительные клапаны; Ml - гидромотор; Т - фильтр; НЗ - гидроруль; Cl.. .С14 — гидроцилиндры; Р1 - гидрораспределитель; КРТ1 - клапан потока Основная рама 4 (рисунок 12.5) выполнена в виде хребтовой балки круглого или прямоугольного сечения. В своей задней части она переходит в подрамник 2 (подмоторную раму). На подрамнике установлены двигатель, механизмы управления, агрегаты трансмиссии и кабина. f    U 5 в 7    8 Рисунок 12.5 - Принципиальная схема автогрейдера: 1 - машина; 2 - подрамник; 3 - балансирная балка; 4 - основная рама (хребтовая балка); 5 - гидроцилиндр механизма выноса тяговой рамы (относительно продольной оси); 6 - гидроцилиндр механизма подъема; 7 - тяговая рама; 8 - отвал бульдозера; 9 - поворотный круг; 10 - отвал автогрейдера; 11 - кронштейн крепления отвала Передней частью основная рама опирается на ось передних колес при помощи цилиндрического шарнира. Такое соединение дает возможность оси колес наклоняться относительно рамы в вертикальной плоскости. Задние ходовые колеса с каждой стороны попарно объединены балансирными балками 3 или продольно-балансирными подвесками. Подобная подвеска передних и задних колес обеспечивает опору автогрейдера на все колеса независимо от рельефа обрабатываемой поверхности. При необходимости изменения направления движения передние колеса могут поворачиваться (в плане) с помощью рулевой трапеции (автомобильного типа). Кроме того, эти колеса могут отклоняться в боковом направлении. Управляемая передняя ось представляет собой балку с колесами, шарнирно закрепленными на ее концах. Основной особенностью переднего управляемого моста автогрейдера является возможность одновременного наклона и поворота обоих колес (рисунок 12.6). а)    б)
Рисунок 12.6 - Управление передними колесами автогрейдера: а - схема гидростатического рулевого управления; б - схема поперечного наклона; в - схема поворота
Балансирная тележка представляет собой четырехколесный блок, в поперечной балке которого смонтирована главная передача. На концах балок в подшипниках скольжения укреплены балансиры, передачу внутри которых для привода колес выполняют как шестеренной, так и цепной. Колеса, установленные на концах балансиров, имеют колодочные тормоза с гидравлическим управлением (рисунок 12.7). Дифференциал    Главная передача б) а - кинематическая схема; 6— схема работы балансирной подвески Отвал 10 фиксируется через поворотный круг 9 на тяговой раме 7 (см. рисунок 12.5). Тяговая и основная рамы связаны мезкду собой: впереди - универсальным шарниром (на рисунке не показан), а сзади гидроцилиндрами - 5 и 6. Раздельное действие гидроцилиндров 6 механизма подъема обеспечивает поворот тяговой рамы вокруг продольной оси, а одновременное их действие -подъем или опускание ее заднего конца. Гидроцилиндры 5 обеспечивают вынос отвала в сторону от продольной оси автогрейдера (рисунок 12.8). / подъема тяговой рамы Механизм фиксации
Гидроцжлиндр Тяговая рама с отвалом Гидроцилиндр
выноса тяговой ра Гидроцилиндр изменения
подъема тяговой рамы

800
800
/ угла резания Рисунок 12.8 - Схема рычагов и гидроцилиндров при различных положениях отвала Основным рабочим оборудованием является грейдерный отвал 10 с ножами. С помощью кронштейнов его крепят к установленному на тяговой раме поворотному кругу 9.
Тяговую раму выполняют треугольной или Т-образной коробчатого сечения. Ее передняя часть соединена с основной рамой 7 шаровым шарниром, а задняя часть обычно заканчивается поперечиной с приваренными кронштейнами, имеющими сферические шарниры, за которые тяговую раму подвешивают к основной с помощью гидроцилиндров. На тяговой раме с помощью трех поддерживающих кронштейнов укрепляют поворотный круг с зубчатым венцом (внутреннего зацепления). Обычно применяют механизм поворота в виде червячного редуктора с цилиндрической шестерней на выходном валу, которая входит в зацепление с зубчатым венцом поворотного круга (рисунок 12.9). Гидропривод рабочих органов включает в себя управление следующими рабочими операциями: подъемом-опусканием отвала и рыхлителя (или бульдозера), боковым выносом отвала, поворотом отвала, наклоном передних колес, установкой угла резания. Конструкция отвала представляет собой жесткую балку коробчатого сечения, состоящую из изогнутого по радиусу основного листа, усиленного с задней стороны коробкой. Вдоль передней нижней кромки и по торцам к отвалу крепятся ножи, имеющие двухстороннюю заточку. Рисунок 12.9 - Тяговая рама с отвалом По торцам отвала предусмотрена возможность установки удлинителей и откосников. Кроме того, крепление отвала к поворотному кругу обеспечивает его перестановку для несимметричного расположения относительно продольной оси. Рисунок 12.10 - Параметры отвала
К основным параметрам отвала (рисунок 12.10) относят его длину I. и высоту Нот. Длина должна обеспечивать вырезание стружки и ее перемещение на необходимое расстояние, а высота - формирование валика грунта и его перемещение перед отвалом. Они связаны с параметрами (рисунок 12.11) и характеристиками автогрейдеров (таблица 12.1). Рисунок 12.11- Основные параметры автогрейдеров
hi - дорожный просвет под отвалом, м; L - длина отвала, м; I - боковой вынос отвала, м; h - заглубление отвала, м; 8 - угол резания; Yi - угол срезания откосов; у - угол наклона отвала; Ф - угол захвата отвала; Lo - колесная база, м; Li - база балансира, м; А, В, С, D - габариты автогрейдера, м
Таблица 12.1 - Характеристики автогрейдеров Тип автогрейдера Масса, т Мощность W, кВт Нот, мм Легкий Средний Тяжелый Особо тяжелый Отвалы (см. рисунок 12.10) изготавливают с радиусом постоянной кривизны, который связан с высотой отвала соотношением cos\|/ + cos5 где \|/ - угол опрокидывания; 5 - угол резания. Эти углы связаны между собой соотношением 5 + \|/ + со — 71,    (12.2) где со - угол дуги отвала. Угол резания 5 отвала в зависимости от вида работ изменяется в пределах 30-80°, но обычно принимают 5 = 30...45°. Угол опрокидывания \|/ принимают в пределах \|/ = 65.. .70°, чтобы исключить пересыпание грунта через отвал. Кроме этих углов, важное значение имеет угол захвата грунта ср (в плане) (рисунок 12.12). Его значения зависят от вида выполняемых работ: Рисунок 12.12 - Схема автогрейдера
-    при вырезании грунта - ф = 30... 40°; -    при перемещении грунта в сторону -Ф = 65...75°; -    при планировочных работах - ф = 90°. Размер базы Ь0, ширину колеи В0 и радиус поворота автогрейдера выбирают такими, чтобы машина имела наименьшие размеры и соблюдалось условие полноповоротности отвала. Поэтому L2-bI+ 2/к, Ттт - D
(12.3)
где /к - минимальный зазор между колесом и отвалом (/к = 0,05 м). Для трехосного автогрейдера Т ,min _ ттт Ь0 ~ Ь0 + _ + _ (12.4)
где Li - расстояние между осями ведущих колес, м. Обычно принимают 1дШШ = (l,4...1,7)l. Параметры автогрейдера. Главным параметром автогрейдера является его масса или сила тяжести Ga. К основным параметрам относятся сила тяги Тсц, мощность двигателя N, рабочая и транспортная скорости vv и Схр, параметры отвала (L, П0Т, г), колея В0 и база L0 автогрейдера. Сила тяги по сцеплению 7 С|[ может быть определена по сцепной силе тяжести GCII: Т =ф G , (12.5)
СЦ » СЦ СЦ 5 где ф0ц - коэффициент сцепления с грунтом (в зависимости от типа грунта Фсц = 0,6... 0,9). Ссц = ^а,
где 4 - коэффициент колесной схемы (4 = 0,75; 1). С другой стороны, сила тяжести автогрейдера может быть определена по силе тяги Г, которая используется для срезания грунта при профилировании кювета:
Т = KVSC
где Кр - удельное сопротивление грунта резанию (Кр = 0,20.. .0,24 МПа); Sc - площадь поперечного сечения стружки, м2. С учетом того, что кювет вырезают за п проходов среза стружки
nSc - KCS,
где Кс - коэффициент учета неравномерности сечения стружки (Кс ~ 1,3); S - площадь сечения кювета, м . Отсюда
(12.9)
Так как Т- Гсц, то
^ т сц а П
Из уравнения (12.3) подучаем значение силы тяжести автогрейдера
(12.6)
(12.7)
(12.8)
(12.10)
Р с
(12.11)
Мощность двигателя N затрачивается на резание (полезная работа), буксование и передвижение автогрейдера: Gv
ар
N =
(12.12)
^Фсц +(фСц + /)^——+ / 1-0
где Кя - коэффициент уменьшения мощности из-за неустановившейся нагрузки;
0,83... 0,86 - для механического,
ц - КПД привода, г] =
0,73...0,76 - для гидродинамического; /- коэффициент сопротивления качению (передвижению) (/ = 0,07.. .0,10); 5 - коэффициент буксования (5 = 0,18. ..0,22). Затем мощность N проверяют по транспортному режиму, т.е. определяют максимальную транспортную скорость fG.
тр.тах
где/ = 0,04...0,05 (твердое покрытие). Она не должна превышать предельно допустимой скорости [с-ф] = 30...50 км/ч. Эксплуатационную производительность Пэ автогрейдера определяют в зависимости от вида выполняемых земляных работ: 1) по объему вырезанного и перемещенного грунта Пэ = к*¥~ (12.14)
где Тц - время цикла, с. т = т + т +2t (12.15)
1ц 1 рез 1 1 пер 1 -“^пов? Грез - время резания грунта, с; Тпер - время перемещения грунта, с; tnов - время, затрачиваемое на повороты, с; 2) по длине участка профилирования (12.16)
riLj    / \ где Т =-+ *пов(л-1), (12.17)
Lu - длина участка профилирования, м; v - рабочая скорость автогрейдера, м/с; п - число проходов, п = 10.., 16. Расчет рабочих механизмов проводится следующим образом: -    выбирается тип привода управления; -    составляется кинематическая схема; -    вычерчиваются в масштабе механизмы и приводы; -    определяются исполнительные скорости движения; -    определяются мощность и передаточные отношения каждого механизма; -    устанавливается общая мощность привода управления. Расчеты на прочность элементов конструкции автогрейдера производят для двух случаев: 1)    работа в типичных условиях; 2)    встреча с труднопреодолимым препятствием. При расчете сил сопротивления движению автогрейдера, как правило, исходят из наиболее сложных условий работы - копания и перемещения грунта. Возможность преодоления возникающих при этом сопротивлений определяют максимальным значением окружной силы на ведущих колесах Ро.пшх, величина которой ограничивается условием сцепления шин с грунтом: ср G >Р >W, (12.18)
тсц сц о.шах    ’ где W - суммарное сопротивление движению при работе автогрейдера, Н. В свою очередь, W при рабочем режиме автогрейдера включает следующие наиболее значимые силы сопротивления: 1) Wv - сопротивление грунта резанию, (12.19)
ГГ р jtVp'£ С В этом случае и Kv, и Fc зависят от вида работы: планировочные работы или резание; 2) Wu - сопротивление перемещению призмы волочения, К = /iGnpsuKp, (12.20)
где/i - коэффициент трения грунта по грунту; Gnp - сила тяжести призмы волочения, Н, где Ga - сила тяжести автогрейдера, Н; /- коэффициент сопротивления качению (передвижению); /' - уклон; 4) WB - сопротивление грунта при движении вверх по отвалу, К = /2Gnpcos25sincp, (12.23)
где/2 - коэффициент трения грунта по отвалу (f2 = 0,5.. .0,6); 5 - угол резания; 5) Гвд - сопротивление грунта при движении вдоль отвала (в сторону), где f - коэффициент трения грунта по грунту (/j = 0,5.. .1,0). Определение нагрузок на элементы конструкции автогрейдера. Рассматриваются два расчетных положения: 1)    работа в обычных условиях эксплуатации; 2)    встреча с труднопреодолимым препятствием с учетом действия случайных нагрузок. В обоих случаях учитывают действие инерционных сил. Расчетным положением (рисунок 12.13) для автогрейдера с колесной формулой 1x2x3 является работа с поперечным уклоном X при резании передним концом отвала, когда передний мост вывешен и упирается в край кювета, а задние колеса буксуют на месте. В этом положении развиваются максимальные нагрузки. Принимаются следующие допущения: 1)    все реактивные силы (на задних колесах) приложены в точке 02 (проекции оси качания балансирной тележки на опорную поверхность); 2)    реакции грунта на колеса равны и перенесены на осевые линии; 3)    коэффициенты сопротивления передвижению (качению) на всех колесах одинаковы; 4)    реакции грунта приложены в точке О; 5)    сила тяжести и инерционная сила находятся в центре тяжести авто- грейдера. Таким образом, силы, действующие на автогрейдер: Ga = Gi + G2 - сила тяжести автогрейдера; Ри - сила инерции автогрейдера; RK, Ru - касательная и нормальная составляющие сопротивления грунта резанию. Реакции грунта на колеса: Z2 - Z2jI + Z2n - нормальные реакции грунта на задние колеса; У2 = ) 2л + Y2ii - касательные реакции грунта на задние колеса; Yi - реакция грунта на переднюю ось; А г =Х2л + Х2п - свободная сила тяги правых и левых задних колес. Свободную силу тяги находят как разность между тяговым усилием Т и сопротивлением передвижению (перекатыванию) колес: Координаты центра тяжести можно найти по зависимостям: Н -гс + 0,5 м,
где гс - силовой радиус колеса, м. Силу инерции можно определить по формуле Р = (к -l)cp G,, (12.28)
и \ д / “mas 2 ’ фтах - максимальный коэффициент использования сцепной силы тяжести, фтах 0,85. Составляя и решая совместно уравнения равновесия системы, можно получить значения неизвестных величин RK, Z2, Y\ и Y2, необходимых для дальнейших расчетов (RH = 0,5RK): = 0:
(12.29)
,=i г«-
П    П    П ЦХ1 = 0; ZY: =0; ZZ, 2=1 /=1 2=1 £.\/. =0; ZM7. =0.
i=i '
К основным направлениям развития автогрейдеров следует отнести, прежде всего, расширение типоразмерных рядов и создание автогрейдеров различной мощности, спроектированных по единой компоновочной схеме. В настоящее время появились машины большой и особо большой мощности, предназначенные для содержания карьерных дорог, а также миниавтогрейдеры мощностью 30-50 кВт для работ малого объема. Наряду с расширением типоразмерных рядов автогрейдеров их совершенствование идет в следующих направлениях: 1)    повышение комфортности условий труда оператора созданием новых шумоизолируемых кабин с установкой кондиционера, систем защиты оператора от падающих предметов и опрокидывания, улучшением обзорности; 2)    создание систем микропроцессорного управления машиной, позволяющих взять полностью на себя диагностический контроль в процессе работы всех основных узлов, управлять загрузкой двигателя, вовремя переключать передачи для минимизации расхода топлива; 3)    активизация (автоматическое подключение привода) передних колес автогрейдера с микропроцессорным управлением их работой; 4)    повышение надежности и долговечности автогрейдеров; 5)    развитие модульного метода создания машин, позволяющего успешно применять агрегатный ремонт, упрощающий уход и обслуживание; 6)    автоматизация управления положением отвала для обеспечения заданных продольной ровности и поперечного уклона профилируемой поверхности; 7)    расширение технологических возможностей посредством замены отвала на агрегаты для фрезерования старого и укладки нового дорожного покрытия, а также агрегатирования различного сменного оборудования. 13 ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ Одноковшовый экскаватор (от латинского excavo - долбить) - это самоходная землеройная машина с рабочим органом в виде ковша, предназначенная для разработки грунтов и их перемещения в транспортное средство или в отвал. Рабочий процесс одноковшового экскаватора состоит из последовательно выполняемых операций: -    отделение грунта от массива; -    заполнение им ковша; -    транспортирование грунта в ковше к месту разгрузки; -    разгрузка грунта из ковша; -    возвращение ковша на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл одноковшового экскаватора (ОЭ), в результате чего выдается единица продукции - порция грунта, равная по объему вместимости ковша. Одна из основных классификаций ОЭ различает их по следующим признакам: 1)    по назначению: -    строительные - для выполнения земляных работ, погрузки и разгрузки сыпучих материалов; -    вскрышные - для снятия верхнего слоя грунта или горной породы перед карьерной разработкой; -    карьерные - для разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых открытым способом; -    туннельные и шахтные - для работы под землей; 2)    по ходовому оборудованию: -    гусеничные; -    пневмоко лесные; -    шагающие; -    рельсовые и др,; 3)    по типу привода: -    одноприводные; -    многоприводные. Строительные ОЭ имеют, как правило, одномоторную силовую установку с гидравлическим или комбинированным приводом, т.е. все механизмы приводятся от одного двигателя. У карьерных и вскрышных экскаваторов, у шагающих драглайнов -многомоторная силовая установка; 4) по исполнению рабочего оборудования: -    с гибкой (канатной) подвеской; -    жесткой (гидравлической) подвеской; -    телескопическим рабочим оборудованием (для экскаваторов-планиров-щиков). Наибольшее распространение имеют гидравлические ОЭ, производство которых составляет около 80 % от всех одноковшовых экскаваторов. ОЭ - одна из немногих машин, индексация которой дает достаточно полное представление о машине. Эту индексацию, которая была разработана еще в советское время, до сих пор используют в странах СНГ. Она включает условные обозначения экскаватора (ЭО) и шесть индексов: 1)    первая цифра после букв - это размерная группа, т.е. вместимость ковша (1 - 0,15-0,4 м3, 2 - 0,25-0,65 м3, 3 - 0,40-1,0 м3, 4 - 0,65-1,6 м3, 5 - 1,0-2,5 м3, 6 - 1,6-4,0 м3, 7 - 2,5-6,3 м3); 2)    вторая цифра - ходовое устройство (1 - гусеничное, 2 - гусеничное уширенное, 3 - пневмоколесное, 4 - специальное шасси, 5 - автомобильное шасси, 6 - тракторное шасси); 3)    третья цифра - рабочее оборудование (1 - с канатной подвеской, 2 - с гидравлической, 3 - телескопическое оборудование); 4)    четвертая цифра - порядковый номер модели; 5)    пятый индекс (буква А, Б, В и т. д.) - очередная модернизация; 6)    шестой индекс - климатическое исполнение (для районов с умеренным климатом обозначение отсутствует, ТВ - для тропического влажного климата, ТС - для тропического сухого, С - северное). Например, ЭО-3112: одноковшовый экскаватор третьей размерной груп- пы (0,40-1,0 м ), с гусеничным ходовым оборудованием, с канатной подвеской рабочих органов, вторая модель, для районов с умеренным климатом. 13.1 Гидравлические одноковшовые экскаваторы Одноковшовым экскаватором с гидравлическим приводом (рисунок 13.1) называют экскаватор с жесткой подвеской рабочего оборудования, поскольку элементы рабочего оборудования соединены между собой и с базовой машиной жесткими шарнирными сочленениями. Г1!,;роп'к.;тй1::др рукояти С Стрела >юнпбло> т кд я ГкшОрО'ГННА {1Г>рМЯ 0 Рукоять Гидрониднтггр ковша OtKiUiiaiA йсдшш мост Руг\:\>Н S'
1оноро-; ■'VaT-i4w>r б)
I
рукоя-
Тру&оцр-гчздг-л чмсдк"!
E.;T;^£
л/СП о б Ю';(Г';1Я С’-у-'СУ'й Рисунок 13 .1 - Гидравлический полноповоротный одноковшовый экскаватор: а - на пневмоколесном шасси; б - на гусеничном шасси
Угольник
ГОЭ является машиной циклического действия и используется в основном для земляных и погрузочно-разгрузочных работ. Его привод включает двигатель внутреннего сгорания (как правило, дизельный), который располагают в задней части платформы, тем самым уменьшая массу противовеса (рисунок 13.2). Рисунок 13.2 - Конструктивная схема ГОЭ: 1 - ходовое устройство (гусеничное); 2 - опорно-поворотный круг; 3 - поворотная платформа; 4 - противовес; 5 - силовая установка; 6 - кабина; 7 - стрела (коренная секция); 8 - гидроцилиндры управления стрелой; 9 - стрела (удлиняющая секция); 10 - гидроцилиндр управления рукоятью; 11 - рукоять; 12 - гидроцилиндр управления ковшом; 13 - коромысло; 14 - тяга; 15 - ковш; 16 - перемычка; 17 - пилон В гидравлическом одноковшовом экскаваторе привод рабочего и ходового оборудования, поворотного устройства и остальных механизмов осуществляется с помощью гидроцилиндров и гидромоторов. Двигатель внутреннего сгорания приводит в действие гидронасосы, установленные на поворотной платформе. В свою очередь, насосы подают рабочую жидкость в гидроцилиндры рабочего оборудования и гидромоторы поворотного и ходового устройств. Кроме того, в состав гидравлической системы входят масляные баки, распределительная, регулирующая и контролирующая аппаратура (рисунок 13.3). Воздействие привода на исполнительные механизмы рабочего оборудования экскаватора происходит через трубопроводы, подающие от насосов рабочую жидкость в исполнительные рабочие цилиндры, штоки которых воздействуют на рабочие органы через простые рычажные системы. Подвод трубопроводов к гидроцилиндрам осуществляется гибкими шлангами. Рабочее давление в гидравлических одноковшовых экскаваторах составляет 20-35 МПа, увеличение давления до 50 МПа позволяет уменьшить массу и габариты гидрооборудования. Рисунок 13.3 - Гидросистема универсального полноповоротного экскаватора на гусеничном ходу: 1,8- гидромоторы механизма передвижения; 2 - гидромотор поворота платформы; 3 - гидроцилиндр поворота верхней секции стрелы; 4,5 - гидроцилиндры подъема-опускания стрелы; 6 - гидроцилиндр поворота рукояти; 7 - гидроцилиндр поворота ковша; 9, 10 - блоки гидрораспределителя; 11 - сдвоенный регулируемый насос Механические передачи (в основном, зубчатые) частично сохранились в исполнительных механизмах и некоторых рабочих органах: в механизме передвижения, механизме поворота, сверлах, бурах и другом сменном оборудовании. ГОЭ имеют следующие конструктивные, технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с экскаваторами с гибкой подвеской (канатными): 1)    повышение надежности за счет непосредственного воздействия привода на исполнительные органы (без применения сложных механических трансмиссий, снабженных муфтами, тормозами, коробками передач и т.д.); 2)    снижение материалоемкости за счет рациональной компоновки агрегатов и отсутствия громоздких механических передач (масса ГОЭ в 1,5-2 раза меньше, чем масса канатного при одинаковой вместимости ковша); 3)    повышение производительности за счет реализации значительно больших (в 2-4 раза) усилий на режущей кромке ковша (из-за более полного использования всей массы экскаватора); 4)    расширение технологических возможностей: а)    за счет более высокой маневренности, большей точности изменения скорости и направления движения (например, при копании поворотом ковша); б)    путем использования большего числа сменного рабочего оборудования; 5)    снижение энергоемкости процесса копания в 1,5-1,7 раза (на 1 м3 грунта) и реализация более высоких рабочих усилий (при одинаковой мощности). Благодаря перечисленным достоинствам ГОЭ способны разрабатывать все грунты I-IV категорий, многие грунты V категории (в зависимости от вида рабочего оборудования) без рыхления и наименее крепкие грунты VI категории (уголь, известняк, ракушечник, мел, глина, мерзлые грунты). Специфика конструкции и расширенные возможности обуславливают: а) повышенные требования к материалам и конструкциям; 6)    надежность уплотнений; в) повышенную точность изготовления деталей гидрооборудования. Основной металлоконструкцией ГОЭ является поворотная платформа, на которой установлены рабочее оборудование, силовая установка, кабина с системой управления и механизм поворота (рисунок 13.4). FCrnviBd    ITojri'An ч:астк Рисунок 13.4 - Размещение механизмов и оборудования на поворотной платформе ГОЭ По исполнению опорно-поворотных устройств гидравлические одноковшовые экскаваторы подразделяют на два вида: полноповоротные и неполноповоротные (навесные). Полноповоротные ГОЭ выпускают в различных странах, в том числе в России, где налажен серийный выпуск строительных экскаваторов II-VIII раз- мерных групп с ковшами вместимостью 0.25-4.0 м на базе единых конструктивных схем с широкой унификацией сборочных единиц и гидроаппаратуры. Неполноповоротные гидравлические одноковшовые экскаваторы выпускают как навесное оборудование на серийно выпускаемые пневмоколесные тракторы, в том числе на МТЗ в Республике Беларусь. Независимо от вида рабочего оборудования все одноковшовые экскаваторы (за исключением экскаваторов на базе пневмоколесных тракторов) имеют одинаковую базовую часть, состоящую из нижней рамы с ходовым устройством и упомянутой поворотной платформой. Поворотная платформа опирается на нижнюю раму и поворачивается на ней с помощью опорноповоротного устройства. Механизм поворота должен обеспечить прямое и возвратное вращения поворотной платформы. В режиме копания платформа должна быть зафиксирована тормозом.
Поворотная платформа 1 (рисунок 13.5) с помощью опорноповоротного устройства соединена с ходовым устройством 6. Опорноповоротное устройство (круг) СОСТО- Рисунок 13.5-Механизмповорота ит из наружной обоймы, прикрепленной к платформе 1, и обечайки с зубчатым венцом 7, приваренной к ходовой раме 3. На профильной дорожке обоймы размещены ролики 2, которыми платформа опирается на торец обечайки с зубчатым венцом. В зацеплении с ним находится шестерня поворота 5. При вращении ведущего вала 4 шестерня обегает зубчатый венец (неподвижный) и приводит в движение платформу относительно ходового устройства. На рисунке 13 .5 показан механизм поворота с внешним зацеплением выходного звена. На современных экскаваторах используют, как правило, внутреннее зацепление ведущей шестерни с зубчатым венцом. Механизм поворота платформы приводится в действие высокомомент-ным или низкомоментным гидромотором с зубчатыми передачами. Высокомоментный гидромотор обеспечивает достаточно большой крутящий момент на своем выходном валу. Поэтому используют только одну зубчатую передачу: шестерня-венец. Низкомоментный гидромотор не может обеспечить достаточный крутящий момент, поэтому для его увеличения необходимо использовать редуктор между валом гидромотора и обегающей шестерней (как правило, трехступенчатый цилиндрический (рисунок 13.6, а) или двухступенчатый планетарный (рисунок 13.6, б) редуктор). а) Гкдро1у:отор Рисунок 13.6 - Механизм вращения поворотной платформы ГОЭ
Муфта
Хкцо^ыл дисъ: Фри,-сшшш1^:й диск Сйте;.диг Ведшго первой ступени Сателлит.. .. Водило второй _ CTVjUCiH.i-i Угюршш !Ш1йл)н B'.i'y.'ii.ir. _ Крошки
' - -.. Шестерил .. При?и>лш1я шестерня ' ••• ... Выхо/игой злл Пробка ■ .... .. . Втулка - . .. 0;:оцио-:.1С1К>ротль1Й JlJ    круг
Ходовое устройство используют для маневрирования и перемещения. Кроме того, через него на опорную поверхность передаются сила тяжести экскаватора и силы взаимодействия рабочего органа с грунтом. Ходовое устройство включает раму, гусеничный или колесный движитель, механизм их привода и торможения (рисунок 13.7). Л: : Mi' с-.лады '.V    'H_ Ji;*. Ли-vr. i,i-.
• ••• “•    : •: i. i l>,i IJr    •IjqiSiJii*- : '    $?±>- Коллем-ор Оиорил'и
Коллрк?л>р ■IЬ: r ii '-rs ^S'COri;! rveemf-га^й .^ьча Рисунок 13.7 - Ходовое устройство ГОЭ: а - пневмоколесное; 6 ~ гусеничное
Кинематическая схема пневмоколесного ходового устройства представлена на рисунке 13.8. Кдаданшлй блок. Гидромотор
Блоки гидрораспредодителя
Обегающая шестерня Зубчатый, веш-щ
Вторая :ПеР.ва®„. f ’,'*‘,едача переде - ‘ ^ yj    ^ fWIW1 j «?. :iT ч ЁМЦ ■, \ ..@|||| \ \ (йШк

Передний мост
Силовая установка Бак рабочей жидкости Сдвоенный бак. .... Коллектор Задтш# мост
Зуочага>1 л-уфтн.. Третья передача\ -.Тщллог механизма хода Рисунок 13.8 - Кинематическая схема пневмоколесного ходового устройства ГОЭ Механизм передвижения имеет следующие особенности: -    для гусеничного ходового оборудования привод каждой гусеницы индивидуален. В этом случае ходовая тележка имеет два гидромотора (низко-моментных) и два трехступенчатых цилиндрических редуктора; -    для пневмоколесного ходового оборудования имеется два варианта: 1) привод ходового оборудования включает один гидромотор, который через двухступенчатую коробку передач передает движение переднему и заднему мостам ходового устройства. Выходной вал коробки передач одним концом соединен с передним мостом, а другим концом - с задним мостом (рисунок 13 .9); .Задний приводной мост Карданный вал
Коробка передач Картер т пере л неге jl i Механизм управления повор'ото^Рперёйних'колес Карданный, вал .Картер полуоси переднего моста Рисунок 13.9 - Схема привода мостов механизма передвижения ГОЭ 2) индивидуальный привод ходового оборудования, т.е. привод колес осуществляется по схеме «мотор-колесо», что исключает громоздкие промежуточные звенья механического привода, а мощность гидромотора реализуется непосредственно на колесе через ступичный планетарный редуктор. Рабочее оборудование ГОЭ включает: стрелу (коренную и удлиняющие секции), рукоять, гидроцилиндры подъема стрелы, рукояти и ковша. Эти основные элементы сочетают со сменными рабочими органами: ковшами обратной, прямой и погрузочной лопаты, грейферами и др. (рисунок 13.10). б) j7=j aq
RB - радиус выгрузки; Нв - высота выгрузки; Нк - глубина копания; RK - радиус копания; Li - длина стрелы; Ь2 - длина рукояти; R - радиус поворота ковша RB - радиус выгрузки; Rc - радиус копания на уровне стоянки; RK - радиус копания; Нъ - наибольшая высота копания R\ - радиус копания на максимальной глубине; Rc - радиус копания на уровне стоянки; К
в)
Нк - глубина копания; И - высота грейфера с удлинителем; Ь2 - длина рукояти; А - ширина ковша (ширина копания); Нв - просвет ковша Рисунок 13.10 - Сменное рабочее оборудование ГОЭ: а - обратная лопата; 6 - прямая лопата; в - грейфер Рабочий процесс обратной лопаты (расчетного рабочего оборудования) обеспечивается передачей движения ковшу с помощью гидроцилиндров. Характер движения ковша зависит от конкретных условий. Наполнение ковша можно производить поворотом ковша, поворотом рукояти и подъемом стрелы или совмещая все эти движения. Однако наиболее распространено совмещенное копание: на начальном этапе используют движение рукояти, а в конце поворачивают ковш, обеспечивая его заполнение. Как правило, стрелу используют только для установки ковша в исходное положение, а также для его перевода в транспортное положение. При разгрузке также используют повороты рукояти и ковша. Стрела выполняется как моноблочный, так и сочлененной. Ее конструкция и габариты должны отвечать ряду требований: 1)    возможность опускания ниже горизонта на угол 30°; 2)    стрела не должна задевать гусеницы: зазор - не менее 200-250 мм; 3)    сочлененная стрела имеет угол 120-130° между коренной и удлиняющей секциями. Как известно, стрелы ГОЭ испытывают переменные нагрузки от сжатия, изгиба и кручения. Поэтому они имеют коробчатое сечение, которое выполняют из гнутых профилей или сварными (из листовой стали), что обеспечивает их относительно высокую усталостную прочность (рисунок 13.11). Рисунок 13.11- Моноблочная стрела ГОЭ Рукоять также имеет коробчатое сечение (рисунок 13.12). Из-за больших динамических нагрузок, возникающих при повороте, ширину рукояти принимают больше ее высоты. Высота поперечного сечения балок рукояти не является постоянной по длине: со стороны стрелы она больше, чем со стороны ковша в 1,6-1,8 раза. У длинных рукоятей высота балок увеличивается на 20-30 % по сравнению с обычными. Как правило, рукоять крепится между боковыми стенками коробчатой балки стрелы. Гидроцилиндры закрепляют так, чтобы шток гидроцилиндра поворота рукояти был снизу, а гидроцилиндра поворота ковша - сверху рукояти. Количество рукоятей зависит от типоразмера экскаватора и составляет: -    4-8 для экскаватора массой менее 30 т; -    3-4 для экскаватора массой более 30 т. кр<-*п.'>'^.н ия ПЫЧ Bi\-i
.Основание рукояти
Как правило, гидравлические одноковшовые экскаваторы имеют 3-4 рукояти обратной лопаты различной длины, включая длинные - для подводных работ и мелиорации. Ковш является основным рабочим органом. К нему предъявляются требования, обусловленные его технологическими функциями: 1)    высокая прочность элементов ковша; 2)    рациональная конструкция, обеспечивающая минимальную энергоемкость копания и оперативную смену оборудования. Для обратной лопаты этим требованиям отвечает ковш в виде призматической емкости, открытой спереди (рисунок 13.13, а). Его выполняют суживающимся к задней стенке и вниз под углом 4-5°. Он состоит из сварного корпуса и литого (сварного) козырька с зубьями. Его также оснащают боковыми зубьями для предотвращения заклинивания при отрывке траншей. Их крепят пальцами и тягами на рукояти с отверстиями для изменения угла установки ковша. Разгрузка ковша производится при его повороте и выносе рукояти через открытую переднюю часть ковша. Ковши прямых лопат (рисунок 13,13, б) имеют открывающееся днище, через которое выгружается грунт. Козырек имеет сплошную режущую кромку или его оснащают зубьями. б) Рисунок 13.13- Ковши: а - обратной лопаты; 6 - прямой лопаты Форму зубьев и профиля режущей кромки ковшей выбирают в зависимости от категории грунта. Наличие зубьев, разрыхляющих грунт, позволяет реализовать менее энергоемкие режимы резания: полублокированный и свободный (зуб осуществляет блокированное резание, а затем режущая кромка работает в условиях практически свободного резания). Зубья имеют, в основном, лопаточный, трапециевидный и когтевидный профили (рисунок 13.14). Рисунок 13.14 - Профили зубьев Затупление зубьев и рел^тцей кромки вызывает значительное увеличение энергоемкости процесса копания из-за роста сопротивления резанию. (Пример: износ рел^тцей кромки на 1,5-3,0 см увеличивает Рк в 1,5-2 раза, Рн- в 8 раз). Для управления ковшом используют две схемы расположения гидроцилиндров над рукоятью: двухзвенная и четырехзвенная. Элементы рабочего оборудования соединяют с помощью шарниров по схеме «палец - втулка». Втулку устанавливают в охватываемом элементе. Для присоединения гидроцилиндров используют сферические шарниры, что предохраняет их от действия изгибающих моментов. Унификация гидравлических одноковшовых экскаваторов осуществляется с учетом анализа известных размерных групп и типовых рядов отечественных и зарубежных машин. Уровень (степень) унификации зависит от детали, узла или конструкции. Для двигателей (электрических, гидравлических, внутреннего сгорания), узлов управления, гидроаппаратуры, а также отдельных видов рабочего оборудования унификация проводится в пределах нескольких типоразмеров машин. Для некоторых узлов экскаваторов унификация охватывает большую часть размерных групп. Например, количество типоразмеров насосов, гидроцилиндров, колес, двигателей внутреннего сгорания, кабин машинистов составляет всего 4-5 для всего ряда машин. С другой стороны, ГОЭ обладают достаточно высокой степенью универсальности, что достигается значительным количеством сменных рабочих органов, ковшей, рукоятей, наголовников, стрел, сменного ходового и силового оборудования. В результате заводы изготавливают унифицированные ряды экскаваторов, причем на 10-12 базовых унифицированных моделей приходится более 80 модификаций машин различного назначения. В результате унификации количество деталей (необходимых для выпуска 60 моделей ГОЭ) сокращено в 6-7 раз по сравнению с количеством деталей в индивидуальном производстве. ГОЭ снабжают разнообразным сменным рабочим оборудованием, благодаря чему он является наиболее универсальной машиной: 1)    ковшами погрузчика, прямой и обратной лопатой, которые обеспечивают разработку узких траншей, планировку откосов, разработку канав шириной от 0,23 до 5 м с зубьями (до 10 штук) и без них; 2)    сменными рукоятями и стрелами; 3)    грейферами (двух- и многочелюстными, с круглыми захватами, с зубьями и без них, с накопителями); 4)    молотами (пневмо- и гидро-) со сменными рабочими инструментами (зубьями, клиньями, ломами, трамбовками, бурами, сверлами и др.); 5)    пилами, крановыми подвесками, бульдозерными отвалами и др.; 6)    оборудованием (вставками) со смещенной осью копания. Как отмечалось, полноповоротные ГОЭ имеют одинаковую базовую часть, которую оснащают различными механизмами и сменным рабочим оборудованием. Совершенно другую конструкцию имеют неполноповоротные ГОЭ. Их производят как навесное оборудование к серийно выпускаемым пневмоколесным тракторам. В Беларуси налажен массовый выпуск неполноповоротных навесных ГОЭ второй размерной группы на базе тракторов «Беларус». Их используют для выполнения небольших объемов земляных работ. Неполноповоротные ГОЭ имеют основное рабочее оборудование (ковши прямой и обратной лопаты), а также сменное (дополнительное) оборудование. В неполноповоротных экскаваторах имеются две гидросистемы с одним общим баком рабочей жидкости (рисунок 13.15). Одна устанавливается на тракторе и служит для привода механизма поворота, управления выносными опорами и отвалом бульдозера. Другая смонтирована на экскаваторе и служит для привода рабочего оборудования. Гидроцилиндр стрелы может питаться от каждой гидросистемы отдельно или суммарным потоком от обеих систем. Рисунок 13.15 - Гидравлическая схема неполноповоротного экскаватора: 1 - гидробак; 2, 3 - гидронасосы; 4 - предохранительный клапан; гидроцилиндры: 5 - стрелы, 7 - рукояти, 8 - ковша, 13 - механизма поворота колонны, 15 - бульдозерного отвала, 16, 17 - выносных опор; 6 - дроссель; гидрораспределители: 9, 10 - экскаватора, 18 - трактора; 11, 14 - обратный и перепускной клапаны; 12 - цепь механизма поворота колонны; 19 - вентили; 20 - фильтр рабочей жидкости На тракторе (рисунок 13.16) устанавливают поворотную колонну 2, которую монтируют на полой цапфе в задней части несущей рамы 14. 5 Рисунок 13.16- Конструктивная схема неповоротного одноковшового экскаватора: 1 - трактор; 2 - поворотная колонна; 3 - гидроцилиндр подъема стрелы; 4 - гидроцилиндр поворота рукояти; 5 - гидроцилиндр поворота ковша; 6 - подвеска ковша; 7 - ковш; 8 - рукоять; 9 - стрела; 10 - гидроцилиндр установки опор; 11 - опора; 12 - звездочка поворота колонны; 13 - цепь; 14 - несущая рама; 15 - гидроцилиндр поворота колонны; 16 - отвал бульдозера Поворотные движения колонны обеспечивают гидроцилиндры 15 через цепь и звездочку 12. Отвал бульдозера 16 смонтирован на дышле, которое шарнирно соединено с несущей рамой 14. Для обеспечения устойчивости в рабочем режиме предусмотрена возможность установления выносных опор 11, управляемых гидроцилиндрами 10, по обе стороны от несущей рамы. С колонной шарнирно соединена стрела 9, подъем которой осуществляют гидроцилиндры 3. На стреле устанавливают рукоять 8 и гидроцилиндры поворота рукояти 4. С рукоятью шарнирно соединен ковш 7, который поворачивается с помощью гидроцилиндра 5. Колонна обеспечивает поворот стрелы на 120° в каждую сторону. В настоящее время получили распространение неполноповоротные одноковшовые экскаваторы со смещаемой осью копания, поворотная колонна у которых может быть установлена как на оси, так и в углах несущей рамы, что позволяет увеличить угол поворота стрелы (рисунок 13,17). С Рисунок 13.17 - Неполноповоротный ГОЭ со смещаемой осью копания: А2 - угол разгрузки, А4 - максимальный угол запрокидывания ковша на уровне стоянки, Н6 - глубина копания, Н8 - высота разгрузки, Н9 - высота шарнира максимально поднятого ковша, НЮ - габаритная рабочая высота с максимально поднятым ковшом, L6 - вылет кромки ковша при разгрузке, L7 - габаритная длина, А - максимальная глубина копания, В - вылет на уровне земли, С - вылет для погрузки, D - максимальная высота копания, Е - максимальная высота погрузки, F - угол поворота ковша, G - боковое смещение колонны, Н - габаритная высота, J - ширина по опорным лапам, К - колея задних колес Наиболее распространенный способ копания состоит в следующем. Поворотом ковш врезается в грунт, а затем ковш заполняется, срезая стружку поворотом рукояти. После выхода из забоя наполненного ковша стрела поднимается, а поворотная колонна с рабочим оборудованием поворачивается к месту выгрузки. Выгрузку осуществляют также поворотом ковша, после чего колонка возвращается в исходное положение, а ковш опускается в забой. Одна из основных задач проектирования ГОЭ - определение максимальных усилий, развиваемых на зубьях ковша. Эти усилия определяются: 1)    силой тяжести ковша; 2)    положением центра тяжести всей базы одноковшового экскаватора; 3)    размерами стрелы и углом ее наклона (для лопаты 45-47°): 4)    расстоянием от оси стрелы до оси вращения экскаватора. Рекомендуемые усилия на зубьях при пустом ковше должны составлять 1/2 силы тяжести экскаватора (с учетом массы стрелы, рукоятки и ковша). На базе анализа статистических данных по взаимосвязи масс, размеров и усилий разработаны эмпирические зависимости, связывающие основные параметры гидравлического одноковшового экскаватора. Максимальные усилия связаны с параметрами экскаватора соотношением где К - коэффициент пропорциональности, К - 14... 30 (в зависимости от массы экскаватора); т - масса экскаватора, кг. Значения основных параметров определяют по формуле где - коэффициент пропорциональности. Значения К, сведены в таблицы. Более того, временные характеристики, т.е. продолжительность операций и всего цикла, также связаны с т: Соотношение времен, с, отдельных операций для различных по массе экскаваторов составляет: тяжелые легкие
копание 24
19
поворот на выгрузку выгрузка поворот в забой Выбор расчетных положений рабочего оборудования не представляет значительных трудностей. Все элементы работают в условиях консольных нагрузок. Поэтому опасные сечения - это шарнирные соединения, а опасные положения - условия, при которых максимальные нагрузки прилагаются к рассчитываемому элементу под углом около 90°. Расчет рабочего оборудования ГОЭ осуществляют в следующем порядке. Во-первых, определяют (по заданной вместимости ковша) массу экскаватора, а также его габаритные характеристики. Для этого используют метод подобия: для машин одинакового функционального назначения, имеющих идентичные структурную и кинематическую схемы, выполняется ряд соотношений их основных параметров: тл ал N, Ал — = — = — = ~т-,    (13-4) т2 $2 -^2 ‘^2 где т, - масса экскаватора, кг; q, - вместимость ковша, м1; Nj - мощность силовой установки, кВт; Aj - линейный размер элемента экскаватора, м. Во-вторых, по рассчитанной мощности и заданному давлению в гидросистеме подбирают гидронасос, а также параметры элементов гидросистемы. Далее, исходя из предварительно выбранных размеров элементов рабочего оборудования, гидроцилиндров, гидродвигателей и гидронасосов, проводят уточненный проверочный расчет. Основное расчетное оборудование гидравлического одноковшового экскаватора - это обратная лопата. С ее помощью копают грунт: -    поворотом ковша; -    поворотом рукояти; -    совмещенными движениями. В расчетах рабочих механизмов гидравлического одноковшового экскаватора определяют усилия, возникающие в гидроцилиндрах ковша, рукояти и стрелы (Рц.к, Рцр и Рц.с). Для этого используют схему рабочего оборудования, представленную на рисунке 13.18.
В общем случае известны силы тяжести стрелы, рукояти и ковша с грунтом Gc, Gp и GK+r, а также силы сопротивления грунта копанию Рк и Рн. Следует найти усилия в гидроцилиндрах Рц с, РЦр, Рцк. Точки .4. В и Г -это места крепления пяты стрелы, Рисунок 13.18 - Схема рабочего рукояти и ковша соответственно. оборудования одноковшового экскаватора Усилия в гидроцилиндрах определяют, разделяя общую схему следующим образом: 1) Для определения усилий в гидроцилиндре ковша (рисунок 13.19) составляют уравнение моментов относительно точки С: YMc = 0* Зная Рк, Рш, GK+r, можно определить Рцк. Кроме того, эти усилия можно оценить, используя силовой многоугольник (вместо уравнения моментов). для определения усилии в гидроцилиндре ковша
2) Для определения усилий в гидроцилиндре рукояти (рисунок 13.20) составляют уравнение моментов относительно точки В: YMb = 0. Зная определения усилии в гидроцилиндрах рукояти
Gp, можно
1 к? 1 н? ик+Г: получить Р Ц.р-
Имеются ограничения на выбор параметров из-за реактивных усилий в элементах гидросистемы. Поэтому необходимо рассчитать реактивные (пассивные) давления ррежт в запертых полостях гидроцилиндра стрелы и рукояти при работе гидроцилиндра ковша и т.д. Расчеты ведут, полагая, что в соответствующий гидроцилиндр жидкость поступает при максимальном давлении (рреакт <1,5 рн). Усилию в любом гидроцилиндре РЦ1 будет соответствовать реактивное давление в нем
причем где рн - номинальное давление гидронасоса, МПа. ЕслирЦ1 > \рп\. то необходимо пересмотреть схему рабочего оборудования и ограничить рабочее усилие Рж. Зная усилия в гидроцилиндрах рабочего оборудования и скорости перемещения их штоков, можно определить мощность, необходимую для осуществления рабочего процесса. Скорости штоков гидроцилиндра ковша, рукояти и стрелы должны соответствовать скорости копания и длительности рабочего цикла экскаватора. Мощность, затрачиваемая на копание одновременным действием гидроцилиндров стрелы и рукояти, является наибольшей при осуществлении рабочего процесса: ц.р ц.р
+
КОП
где т|ц р и т|ц с - КПД гидроцилиндров рукояти и стрелы; Рц.р, ри, - усилия в гидроцилиндрах рукояти и стрелы, Н; Уц.р, Уц с - скорости штоков гидроцилиндров рукояти и стрелы, Н. Расчеты на устойчивость гидравлического экскаватора, оборудованного обратной лопатой, производят для двух рабочих и двух транспортных положений. В первом рабочем положении (рисунок 13.22) машина находится на горизонтальной площадке, подъем полного ковша и его отрыв от грунта (у самой бровки забоя, ближайшей к гусенице или колесам) осуществляют под действием максимальных усилий в гидроцилиндре подъема стрелы. При этом рабочее оборудование перпендикулярно продольной оси машины (т. е. продольная ось рабочего оборудования перпендикулярна продольной оси экскаватора). Рисунок 13.22 - Схема для определения устойчивости экскаватора в первом рабочем положении Направление силы реакции грунта R перпендикулярно линии, соединяющей центр поворота стрелы (пяты стрелы) и режущую кромку ковша (рисунок 13.23). Рисунок 13.23 - Силовая схема для оценки устойчивости экскаватора находят силу R (имеются G0, Gp, GK+r и Р усилие, развиваемое в гидро-
ц.шах
цилиндре управления стрелой при предельном давлении в гидросистеме). Далее находят коэффициент запаса устойчивости , Му К =-у- (13.8)
где Му - момент удерживающих сил относительно ребра опрокидывания В, Н м; Мэпр - момент опрокидывающих сил относительно того же ребра, Н м. В числитель входят моменты сил тяжести противовеса Сщ» поворотной платформы Gnu, тележки ходовой GT, в знаменатель - моменты сил Gc, Gp, GK+r, R. Коэффициент устойчивости должен быть Ку> 1,15. Во втором рабочем положении (рисунок 13.24) экскаватор находится на площадке (под углом 12° к горизонту); производится выгрузка вязкого грунта на максимальном вылете ковша, при этом продольная ось рабочего оборудования перпендикулярна продольной оси экскаватора (т.е. силы сопротивления копанию отсутствуют). В этом положении рассматривается устойчивость экскаватора относительно ребра В: м
к =
Здесь в числителе - моменты удерживающих сил (G^, GIU. GT), а в знаменателе - моменты опрокидывающих сил, с учетом угла наклона площадки (для второго положения также Ку> 1,15). во втором рабочем положении 111 Для транспортных положений приняты следующие соображения: 1) В первом транспортном положении (рисунок 13.25, а) экскаватор движется на подъем; рабочее оборудование закреплено в транспортном положении; опрокидыванию способствует ветер (руа = 250 Па). Расчет ведут для максимального наклона опорной поверхности движения. Максимальный угол подъема (уклона) находят по условию реализации максимального тягового усилия или сцепления движителя с дорогой: (13.10)
arctg сР > атах < а ,,, где ф - коэффициент сцепления движителя с дорогой; aN - предельный угол подъема (уклона), который определяют тяговым расчетом, 1
Ml
(13.11)
sinav =
G3Vmm (1 + f )
^тт(1+/2)~Л|1+/2
Nri
N - мощность силовой установки, Вт; ц - КПД трансмиссии; - минимальная скорость передвижения, м/с; /- коэффициент сопротивления перемещению; G3 - сила тяжести экскаватора, Н. 2) Во втором транспортном положении (рисунок 13.25, б) экскаватор движется под уклон; рабочее оборудование закреплено в транспортном положении; ветер (руя - 250 Па) направлен против движения. Вычисляется наибольший угол уклона (по тем же формулам, что и в первом положении). а)    б)
Рисунок 13.25 - Схемы для определения устойчивости экскаватора: а - в первом; 6 - во втором транспортном положении Kv=—— > 1,2.    (13.12) 13.2 Одноковшовые экскаваторы с гибкой подвеской Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования представляют собой полноповоротные машины с одномоторным и многомоторным (ди-зель-электрическим) приводом. Одномоторный привод имеют экскаваторы 3-5-й размерных групп, многомоторный - 6-й размерной группы. Основными видами сменного рабочего оборудования являются прямая и обратная лопаты, драглайн, грейфер и кран (рисунок 13.26). Кроме того, экскаваторы оснащают оборудованием для погружения свай, планировки и зачистки площадок, засыпки траншей, корчевания пней, рыхления мерзлых и скальных грунтов, разрушения дорожных покрытий и др.







Рисунок 13.26 - Основные виды и исполнения сменного рабочего оборудования канатных экскаваторов: 1 - прямая лопата; 2 - маятниковая прямая лопата; 3 - напорная прямая лопата; 4 - прямая лопата со створчатым ковшом; 5 - обратная лопата; 6 - планировочное оборудование; 7 - драглайн; 8 - боковой драглайн; 9 - канатный грейфер; 10 - крановое оборудование; 11 - копер Главная часть одноковшового экскаватора с гибкой подвеской (рисунок 13.27) - это рабочее оборудование, включающее стрелу 8, рукоять 11 и ковш 10. В нашем случае рассматривается расчетное рабочее оборудование - прямая лопата. Стрела своей пятой (в нижней части) соединена цилиндрическим шарниром с поворотной платформой 3, а головной верхней частью подвешена канатом стрелоподъемного механизма 5 к двуногой стойке 6. Канат (его называют стреловым), проходя через блоки на двуногой стойке, запасован на барабане лебедки стрелоподъемного механизма. Двуногая стойка служит для увеличения угла между стреловым канатом и стрелой, что уменьшает усилия подъема рабочего оборудования. С помощью лебедки механизма 5 изменяют угол наклона стрелы (к плоскости опорной поверхности) в интервале 45-60°. 8 9 Рисунок 13.27 - Схема управления рабочим оборудованием экскаватора с гибкой подвеской: 1 - ходовое устройство; 2 - нижняя рама; 3 - поворотная платформа; 4 - силовая установка; 5 - лебедка стрелоподъемного механизма; 6 - двуногая стойка; 7 - лебедка механизма подъема ковша; 8 - стрела; 9 - головной блок; 10 - ковш; 11 - рукоять; 12 - узел напорного механизма (его привод не показан) Ковш закреплен на рукояти и подвешен подъемным канатом на стреле через головной блок 9 и барабан лебедки подъемного механизма 7 (т. е. через полиспаст подъемного механизма). При работе прямой лопаты возникает необходимость совмещения подъема ковша с поступательным движением рукояти. Эту работу выполняет напорный механизм. Напорные механизмы одноковшовых универсальных экскаваторов бывают по приводу рукояти канатные и зубчато-реечные (кремальерные), по принципу действия - зависимые, независимые и комбинированные (рисунок 13.28). Рисунок 13.28 - Схемы напорных механизмов экскаваторов с гибкой подвеской прямой лопаты: а - зависимый реечно-зубчатый; 6 - независимый канатный; в - комбинированный канатный; г - комбинированный зубчато-реечный; 1 - подъемный барабан; 2 - возвратный барабан; 3 - вал главной лебедки; 4 - возвратный канат; 5 - подъемный канат; 6 - головные блоки; 7 - блок ковша; 8 - рукоять ковша; 9 - дополнительный барабан; 10 - напорный вал; 11 - звездочка напорного механизма; 12 - уравнительный блок; 13 - напорный канат; 14 - напорный барабан; 15 - напорная цепь Канатный напорный механизм чаще всего применяют при однобалочной (внутренней) рукояти. При двухбалочной рукояти устанавливают зубчатореечный напорный механизм. f$ п 3 f38
При зависимом напорном механизме поступательное движение рукояти связано с натяжением каната подъема ковша. При таком механизме можно только уменьшать напорное усилие. При независимом напорном механизме поступательное движение рукояти не зависит от подъема ковша. При совмещении зависимости и независимости напорных механизмов (комбинированном напорном механизме) напорное усилие зависит от силы натяжения каната. Наиболее распространен комбинированный механизм напора (см. рисунок 13.28, е и г). При меньшей нагрузке двигателя он обеспечивает плавную работу и почти автоматическое выдвижение ковша, что создает условия для его лучшего наполнения. Рабочие движения одноковшового экскаватора обеспечиваются механизмами подъема ковша, напора, поворота и открывания днища ковша. Как уже отмечалось, строительные одноковшовые экскаваторы с гибкой подвеской имеют однодвигательный привод (исключая одноковшовые экскаваторы с предельными типоразмерами). Каждый исполнительный механизм имеет самостоятельную связь с двигателем и поэтому должен независимо к нему подключаться. Передача движения осуществляется зубчатыми и цепными передачами, а включение отдельных механизмов - с помощью фрикционных (ленточных, конусных или пневматических) и кулачковых муфт (только для медленно вращающихся валов). При однодвигательном приводе кинематические схемы в основном зависят от конструкции лебедок и типа напорного механизма. Так, барабаны главной лебедки (подъемного механизма) размещают на одном или двух валах. В первом случае размещение двух барабанов лебедки на одном валу позволяет сместить механизмы назад, что уменьшает противовес, но усложняет монтаж, а также увеличивает размеры и массу вала. Итак, главный механизм - это механизм подъема ковша. Он должен обеспечивать подъем и удержание ковша в фиксированном положении, а также его гравитационное опускание. Один из вариантов кинематической цепи привода главной лебедки подъема ковша имеет следующий вид (рисунок 13.29). Двигатель 1 через зубчатый (или цепной) редуктор 2 и зубчатую передачу 3 связан с барабаном 6, насаженном на валу свободно. Он приводится во вращение фрикционной муфтой 4. На барабане установлен тормоз (колодочный) 5. На этом же валу свободно сидит возвратный барабан 7, на который наматывается канат, идущий от барабана механизма напора (как правило, на этом же валу крепят коническую муфту привода механизма открывания днища ковша). Рисунок 13.29 - Кинематическая цепь привода главной лебедки подъема ковша: 1 - двигатель; 2 - редуктор; 3 - зубчатая передача; 4 - фрикционная муфта; 5 - колодочный тормоз; 6 - барабан; 7 - возвратный барабан; 8 - главный трансмиссионный вал В свою очередь, при независимом напоре канат 1 (рисунок 13.30), который закрепляется на барабане главной лебедки 2, проходит на блок 3 двуногой стойки, огибает блок 4 головки стрелы, затем блок 5 ковша и через блок 6 направляется к месту крепления на стреле с помощью коуша 7. 7 Рисунок 13.30 - Схема запасовки механизма подъема ковша для прямой лопаты: 1 - канат; 2 - барабан главной лебедки; 3 - 6 - блоки; 7 - коуш Далее по значимости следует механизм напора, который должен обеспечивать перемещение рукояти относительно стрелы в прямом и обратном направлениях, а также ее удержание в фиксированном положении как при копании, так и во время транспортных операций. Этот механизм, как отмечалось, имеет два основных варианта привода рукояти в зависимости от ее конструкции: 1)    канатный (в виде реверсивной лебедки для однобалочной рукояти). Он имеет меньший, чем другие, срок службы, но дает наименьшие динамические нагрузки; 2)    зубчато-реечный (в виде реверсивной зубчато-реечной передачи для двухбалочной рукояти). Он имеет наибольшую жесткость. Этот механизм называют еще кремальерным (кремальера - это зубчатая рейка, ее приваривают или крепят болтами к рукояти). При независимом механизме напора необходимые усилия и скорости не зависят от силы натяжения и скорости подъема ковша. Он может иметь цепную или канатную передачу движения напорному барабану (канатная предпочтительнее, так как амортизирует динамические нагрузки). Высокие значения напорного усилия можно реализовать при любом рабочем усилии подъема ковша. Но при этом скорость напора имеет постоянные ограниченные значения, поэтому напорный механизм включают, как правило, на короткие периоды времени. Напорное усилие регулируют включением фрикционной муфты барабана или его притормаживанием. Далее по значимости идет механизм поворота. Как отмечалось, все полноповоротные одноковшовые экскаваторы имеют одинаковую базовую часть, поворотная платформа которой поворачивается с помощью опорноповоротного устройства (см. рисунок 13.5). Механизм поворота обеспечивает прямое и возвратное вращения поворотной платформы, а поскольку поворот составляет весьма большую часть цикла (—2/3), используют режимы ускоренного разгона и торможения. Механизм перемещения включают довольно редко - только при передвижении на новую позицию или перебазировании на новую строительную площадку. При этом обычно ограничиваются малыми скоростями перемещения. Его основные схемы рассмотрены ранее. Стрелоподъемный механизм включают еще реже, чем механизм передвижения. Его выполняют в виде реверсивной лебедки с червячным или другим приводом, в состав которого входит специальная обгонная муфта, предохраняющая от резкого падения стрелы. Канат подъема стрелы (рисунок 13.31) запасовывается одинаково для всех одноковшовых экскаваторов: один конец крепится на барабане, затем через систему блоков на стойке и головке стрелы канат крепится другим концом к стойке. Подвеска стрелы машин с ковшом q < 2 м состоит из четырех канатных ветвей. В более крупных экскаваторах число ветвей составляет восемь и более. 1 Рисунок 13.31 - Схема запасовки механизма подъема стрелы: 1 - головка стрелы; 2 - стойка; 3 - барабан подъема стрелы Механизм открывания днища - канатного типа. Его закрывают резким торможением подъемной лебедки. Рабочее оборудование. Как отмечалось, конструкция ковша зависит от вида выполняемых работ и типа рабочего оборудования. Ковш прямых лопат имеет открывающееся днище, через которое выгружается грунт. В обратных лопатах и драглайнах грунт выгружается через открытую переднюю часть ковша. Ковши прямой лопаты разделяют на тяжелые, средние и легкие. Тяжелые ковши, как правило, выполняют цельнолитыми. Легкие ковши имеют сварную конструкцию. Средние ковши имеют комбинированную конструкцию с литым козырьком и сварным корпусом. Для уменьшения износа переднюю стенку ковша делают из износоустойчивой стали. В передней части она имеет козырек, оснащенный зубьями или сплошной режущей кромкой. Ковш с рукоятью соединяют, как правило, с помощью шарнирных соединений, допускающих замену ковша и изменение угла его крепления к рукояти. Днище ковша открывается под действием сил тяжести ковша и грунта, после того как запорный механизм (включающий засов днища и отверстие для него в приливе передней стенки, а также рычажный механизм и цепь или канат) освобождает засов из отверстия. Основной параметр ковша - его вместимость q, зависящая от ширины Вк. длины LK и высоты Нк: q = BKLKHK.    (13.13) Они связаны между собой следующим образом: Вк = 1,2 - (Вк - ширина ковша по внутреннему размеру); LK = 0,9 \[q - (LK - длина средней части ковша); Нк - 0,93 \[q - (//,, - высота ковша по внутреннему размеру, измеренная посредине его длины). Ковши обратной лопаты состоят из сварного корпуса и литого (сварного) козырька с зубьями. Они имеют также и боковые зубья для предотвращения заклинивания при отрывке траншей. Ковши имеют закругленное неподвижное днище. Они крепятся пальцами и тягами на рукояти с отверстиями для изменения угла установки ковша. Разгрузка производится при повороте ковша и выносе рукояти. Ковши драглайна имеют форму совка, открытого спереди и сверху. Их конструкции бывают двух типов: арочные (универсальные) и безарочные (для мягких и средних грунтов), где вместо арки применяются трубные распорки. Ковш состоит из сварного корпуса, козырька с проушинами и арки. Арка придает ковшу жесткость и служит для крепления разгрузочного каната. В комплект ковша входит упряжь, состоящая из цепей (подъемных и тяговых) и деталей, соединяющих ковш с тяговым и подъемным канатами. Стрела представляет собой наклонную балку или ферму, нижним концом (пятой) шарнирно соединенную с поворотной платформой, а верхним -подвешенную к двуногой стойке или надстройке. В безнапорных лопатах (прямой и обратной) дополнительным звеном крепления стрелы является передняя стойка. Различают сплошные и сквозные стрелы. В плане большинство из них имеет уширенную пяту (для лопат). По числу балок различают одно- и двухбалочные стрелы. Стрелы лопат имеют корпуса коробчатого или трубчатого сечения. Трубчатые стрелы при одинаковой несущей способности имеют меньшую массу по сравнению с коробчатыми. У драглайнов стрелы в 2,0-2,5 раза больше стрел прямой лопаты. Стрелы драглайна представляют собой пространственные решетчатые конструкции прямоугольного, трапецеидального и треугольного сечения. Их выполняют обычно решетчатыми (сварными четырехгранными с поясами уголкового профиля, соединенными решетками из полосовой или профильной стали). Чаще всего их выполняют секционными, упрощая возможность транспортировки и изменения длины. Для драглайнов с большой вместимостью ковша применяют решетчатые трехгранные, рыбообразные и мачтововантовые конструкции. У последних растянутыми (вантовыми) элементами служат канаты. При производстве специальных работ стрелы оснащаются дополнительными устройствами или приспособлениями. Так, например, для драглайна обойму блока стрелы выполняют поворотной; для грейфера в нижней части стрелы имеется устройство, удерживающее ковш от раскачивания; для копра или грейфера на головке стрелы устанавливают два блока и снабжают их защитным приспособлением для предотвращения схода канатов. Рукоять связывает ковш со стрелой и напорным (в прямых лопатах) или подъемным (в обратных лопатах) механизмами, придавая ковшу направленное движение. Рукояти бывают однобалочными (при двухбалочной стреле) и двухбалочными (при однобалочной стреле). Оба вида представляют собой сварные конструкции, выполненные из листового или профильного проката. Поперечное сечение может быть прямоугольным или круглым. Их передний конец шарнирно или жестко соединен с ковшом. Однобалочные рукояти проще по конструкции, но имеют ограниченную жесткость, поэтому применяются в экскаваторах с вместимостью ковша менее 1 м . Двухбалочные рукояти имеют более сложную конструкцию, но и увеличенную жесткость, что обеспечивает их применение в экскаваторах с вместимостью ковша более 1 м . Общий расчет главных механизмов. При работе одноковшовых экскаваторов их рабочие органы, механизмы и металлоконструкции подвергаются нагрузкам, которые изменяются в широких пределах (в зависимости от операции рабочего цикла). Поэтому для определения мощности, затрачиваемой на работу основных механизмов, необходимо найти сопротивления, возникающие при выполнении отдельных операций. Безусловно, наибольшие сопротивления развиваются при копании. Как уже отмечалось, общее сопротивление грунта копанию раскладывают на касательную Рк и нормальную Ри составляющие. Напомним, что для оценки Рк обычно пользуются упрощенной формулой Рк=щЬс,    (13.14) где Ki - удельное сопротивление копанию зависит от свойств грунта и типа рабочего оборудования, к\ = 0,02...4,0 МПа; b - ширина срезаемой стружки, м; с - максимальная толщина стружки, м. В свою очередь, толщину можно определить по формуле Чн    (13.15) где qn - номинальный объем ковша, м ; Н - высота копания (она же наибольшая высота забоя), м; кр— коэффициент разрыхления грунта в ковше. После подстановки Рк=^.    (13.16) Нормальная составляющая где \\i - коэффициент пропорциональности, зависящий от режимов копания, степени затупления и др., v|/ = 0,1...0,6. Силы реакции грунта, действующие на ходовое оборудование, силы тяжести узлов одноковшовых экскаваторов, а также составляющие Рк и Ри являются внешними силами. Они служат отправными (исходными) данными для определения нагрузок на элементы рабочего оборудования и на механизмы, для оценки мощности и устойчивости одноковшовых экскаваторов. Расчет подъемного и напорного механизмов сводится к определению усилий (Snoa, ,S'Han). скоростей (упод, ?7нап) и мощностей (Лпол, Мнш) подъема и напора, а также кинематических параметров этих механизмов (диаметров и скоростей вращения барабана, передаточных чисел узлов трансмиссии, кратностей полиспастов и др.). При одномоторном приводе общая мощность одноковшового экскаватора представляет собой сумму мощностей подъема и напора. При подъеме ковша наибольшие усилия в полиспасте возникают в положении: угол наклона стрелы 45°, зубья ковша находятся на уровне оси напорного вала, рукоять горизонтальна, толщина стружки и Рк имеют наибольшие значения (рисунок 13.32). ПК Исходя из условия равновесия сил из уравнения моментов YMo = О относительно точки О находим подъемное усилие Р г +G г +G , г , О _ к к_Р Р_К+Г К+Г    /1л 1 Q\ ПОД _    ?    ( ’ ) где G, - силы тяжести рукояти ковша с грунтом, Н; гг - плечи упомянутых сил, м. Зная усилие на блоке ковша Suoa, находим мощность привода подъема ковша Nuoa: Л^под - под под ,    (13.19) где упод - скорость подъема ковша, м/с, 0,45 - при массе экскаватора 5 -10 т, 0,60 - 15-45 т, ПОД
0.65 - 50-75 т: ц - КПД привода подъема ковша, ц = 0,85.. .0,88. Рабочее усилие в подъемном канате SUK лебедки при использовании сдвоенного полиспаста: £пк - ^П°Д    (13-20) SnK=—,    (13-21) где "Пб , Цв2 ~ КПД каждого блока, т| = 0,96. ..0,98; т1под - КПД подвески ковша. Ковш крепится на двух ветвях за боковые стенки. Максимальное усилие подъема (в случае, если вся мощность идет на подъем, а усилие и скорость напора равны нулю) ^под.тах=1^под,    (13.22) отсюда _ под.max пк.max —    *    \ • / По значению ^ max выбирают диаметр каната и запас прочности (4,2-4,5 при малой мощности и 4,5-5,0 при большой мощности). Диаметр барабана подъема ковша по диаметру каната (dK): D6 - (21 ...Зо)dK .    (13.24) Передаточное число механизма подъема П°Д    О    -К 4- и
где Мн - номинальный крутящий момент двигателя, Н м. Продолжительность процесса копания при подъеме ковша L -L
'2
t
К
(13.26)
где L\,L2- длина полиспаста в начале и в конце копания, м. При расчете напорного механизма рассматриваются три основных положения: 1)    начало копания. Рукоять вертикальна, угол наклона стрелы 60°, ковш пустой, Л'||0д - расчетная, Рн = 0,5Рк; 2)    конец копания. Рукоять горизонтальна, полностью выдвинута, угол наклона стрелы 60°, ковш груженый; 3)    рукоять полностью выдвинута, груженый ковш поднят в наивысшее положение и вышел из забоя, угол наклона стрелы 60°. Реакция грунта отсутствует. При расчете оборудования прямой лопаты определяют активное и пассивное напорные усилия. Активное напорное усилие затрачивается на преодоление сопротивления грунта копанию (и составляющей Snop). Пассивное усилие затрачивается только на преодоление Л'110Д. Итак, активное напорное усилие определяется для трех расчетных положений (затем принимается наибольшее из них): 1) начало копания (рисунок 13.33, а). На систему действуют: силы тяжести Gp, GK, усилие подъема ,S'IIOJ (оно уже известно) и реакция грунта. (В начале копания Рн ~ 0,5РК). Из уравнения моментов относительно оси напорного вала YMo = 0: Р
К
где - плечи сил, м. Зная ^под, Рк, Рн, GK и Gp, строят многоугольник сил и определяют равнодействующую R, а также ее составляющие: а)    силу, действующую вдоль рукояти, - , Н; б)    силу, ей перпендикулярную - реакцию седлового подшипника Nrc, Н; а)    6) Рисунок 13.33 - Силовая схема механизма напора: а - первое; б - второе; в - третье положения 2) конец копания (рисунок 13.33, б): зубья ковша на уровне напорного вала (Рн ~ 0,2Рк). Составляют уравнения моментов YMo = 0 и решают относительно Рк. Зная Рк, Рн, ,ЬП0Л (та же, что и в первом положении),GK+r и Gp, составляют многоугольник сил, определяя R , а также и N”; 3) рукоять полностью выдвинута (рисунок 13.33, в) с подъемом груженого ковша в крайнее верхнее положение (реакция грунта отсутствует) . Зная GK+r и Gp, строят многоугольник сил и находят R, а также ^нап “ вдоль рукояти и N. В этом положении напорное усилие удерживает рукоять с ковшом. I    н    т Далее выбирают максимальное ,, из , ,S';‘,, и S* . Эти силы дей- Hall    Hall ^ Hall    Hall ствуют на рукоять со стороны грунта. В свою очередь, силы напора (S'H <V"all, ,S’::n), которыми рукоять действует на грунт, равны по величине и противоположны по направлению этим силам. О пассивном напорном усилии в тяжелых грунтах. Может возникнуть необходимость копания выше напорного вала (см. положение на рисунке 13.33, в), но без поступательного движения напора. Поэтому подъем груженого ковша и его удержание для разгрузки в этом положении производят пассивным напорным усилием Л’",1ТТ. Для его определения находят реакцию грунта Рк из уравнения моментов YMo = 0- При этом принимают 5|под.тах. Затем строят многоугольник сил и находят S^an. По этому значению рассчитывают тормозные устройства. Затем определяют мощность напорного механизма N -нА-,    (13.28) _ _ нап нап нап — п,
1нап
где Snan - максимальное усилие напора (из трех положений), Н; унап - скорость напора (иъап = 0,6 г?под), м/с; г|Н£Ш - КПД механизма напора (г|нап = 0,85). Эксплуатационную производительность ОЭ определяют следующим образом: П =    ,    (13.29) где кв - коэффициент использования экскаватора по времени, кв - 0,75.. .0,95; А'н - коэффициент наполнения ковша; 7ср - коэффициент разрыхления грунта; Гц - время цикла, с. Основные направления совершенствования и развития одноковшовых экскаваторов связаны в основном с повышением их технического уровня и расширением технологических возможностей. Во-первых, это комплекс ресурсосберегающих мероприятий, к которым относятся: -    снижение удельных показателей материало- и энергоемкости при повышении производительности; -    совершенствование систем управления механизмами и агрегатами с использованием бортовых компьютеров и микропроцессорной техники; в том числе применение системы электронного управления, регулирующей мощность двигателя в зависимости от нагрузки и защищающей его от перегрузок; -    развитие автоматизации рабочего процесса экскавации; -    создание энергосберегающих устройств, обеспечивающих существенное снижение потерь энергии и экономию топлива за счет совершенствования конструкций экскаваторов и их рабочего процесса; -    взаимозаменяемость силовых агрегатов, обеспечивающих возможность использования не только дизельного, но и электрического привода; -    повышение надежности, в том числе ремонтопригодности путем расширенного применения модульных конструкций и унифицированных агрегатов в механизмах хода и поворота, трансмиссии и системе управления. Во-вторых, методы и средства, направленные на расширение технологических возможностей экскаваторов; -    повышение универсальности путем увеличения количества сменного рабочего оборудования; -    создание новых типов машин за счет применения эффективных физических и других методов (вакуумные экскаваторы и др.); -    расширение типоразмерного ряда путем разработки как миниэкскаваторов, так и экскаваторов большой единичной мощности; -    расширение технологических возможностей малогабаритных экскаваторов в стесненных условиях, а также на площадках ограниченных размеров за счет смещения оси копания, конструкции поворотной платформы, не выступающей за пределы габаритов ходовой тележки; -    модернизация существующих машин за счет их оснащения легкосъемными рабочими органами многофункционального назначения. В-третьих, совершенствование систем безопасности, а также улучшение эргономических и экологических характеристик экскаваторов: -    применение систем безопасности, обеспечивающих постоянный контроль позиции стрелы (во избежание соударений с кабиной), что актуально на площадках ограниченных размеров; -    автоматическое гашение колебаний рабочего оборудования в рабочем режиме; -    повышение степени комфорта кабины оператора (на уровень легковых автомобилей) за счет оснащения системами кондиционирования, эргономичного расположения приборов и рукоятей управления, оптимального кругового обзора, а также вибро- и звукозащиты; -    минимизация воздействия на окружающую среду за счет пониженного давления на грунт (до 0,02 МПа) путем увеличения размеров гусеничных лент по ширине и длине, а также путем применения резиновых гусеничных звеньев; -    разработка конструкции кабин со встроенной защитой от падения кусков грунта. 14 МНОГОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ Многоковшовые экскаваторы (МЭ) являются наиболее распространенными землеройными машинами непрерывного действия. Они выполняют основной объем земляных и открытых горных работ, который приходится на машины непрерывного действия в целом, в частности, разработка выемок и сооружение насыпей, а также планировочные работы и сооружение откосов. В отличие от одноковшовых экскаваторов МЭ являются специализированными машинами, конструктивные схемы которых значительно отличаются друг от друга. Они разрабатывают грунт выше уровня стоянки (МЭ верхнего копания) или ниже (МЭ нижнего копания). Современные экскаваторы в основном могут работать как верхним, так и нижним копанием. Разработанный грунт передается на транспортирующие устройства (входящие в состав этих экскаваторов), которые передают его на специальные разгружающие устройства (у экскаваторов большой мощности) или же непосредственно разгружают в транспортные средства или в отвал. (В некоторых случаях транспортировка грунта производится только рабочим органом, который и передает грунт на разгрузочные устройства.) При разработке забоя МЭ перемещаются или в процессе работы (т. е. передвижение является рабочим), или же после выработки забоя в пределах своих рабочих органов. Различают разнообразные типы МЭ. Приведем следующую классификацию, представленную на рисунке 14.1,
Рисунок 14.1- Классификация МЭ Итак, МЭ классифицируют, прежде всего, по виду рабочего оборудования: цепные (скребковые и ковшовые), роторные, шнековые и комбинированные. По способу работы (по характеру перемещения рабочего органа) различают МЭ продольного, поперечного и радиального копания. У экскаваторов продольного ко- Напродтие резания пания (рисунок 14.2) направление резания (копания) совпадает с направлением перемещения рабочего органа. К этой группе машин относятся машины с цепными и роторными рабочими органами ковшового и бесковшового (скребки, плужки) типа, предназначенные для создания траншей, канав прямоугольного и трапецеидального типа. Нопродлбние .............................................................i...............................................— рабочего дбижения _I
Рисунок
4.2 - Схема
продольного копания
У МЭ поперечного копания (рисунок 14.3) направление резания перпендикулярно направлению перемещения экскаватора. К этой группе относятся машины, в основном, с цепным рабочим органом ковшового типа, предназначенные для карьерных, планировочных и мелиоративных работ. Они обладают наибольшей эффективностью при производстве сосредоточенных земляных работ большого объема. Напрабление рабочего дбижения
2? сс-& ^ --S S1
Рисунок 14.3 - Схема поперечного копания
У МЭ радиального копания рабочий орган в виде ковшового колеса (ротора) вращается на конце стрелы (рисунок 14.4), которая, в свою очередь, во время разработки грунта поворачивается вокруг вертикальной оси (одновременно с вращением ротора). Карьерные экскаваторы радиального копания, выполненные на базе одноковшовых экскаваторов, имеют производительность в 1,5-1,7 раза выше, чем одноковшовые экскаваторы той же массы. Рисунок 14.4 - Схема радиального копания
НиП Ри ■АзаДФ.
Для начала рассмотрим принципиальные схемы основного рабочего органа экскаваторов - цепного и роторного. Экскаваторам продольного копания присваивается индекс ЭТР (экскаватор траншейный роторный) или ЭТЦ (экскаватор траншейный цепной); экскаваторы поперечного копания имеют индекс ЭМ, радиального копания - ЭР. После буквенного индекса следует цифровое обозначение, которое содержит следующую информацию: - для экскаваторов продольного копания (ЭТР и ЭТЦ) первые две цифры обозначают глубину копания (в дм), третья цифра - порядковый номер модели; -    для экскаваторов радиального копания первые три цифры обозначают вместимость ковша (в л), а четвертая - порядковый номер модели; -    для экскаваторов поперечного копания первые две цифры обозначают вместимость ковша (в л), третья цифра - порядковый номер модели. При модернизации после цифрового обозначения добавляют буквы по порядку русского алфавита. Далее указывается климатическое исполнение аналогично обозначению для ГОЭ. Например, индекс ЭТР-206А обозначает: экскаватор траншейный роторный, глубина копания - 20 дм (2,0 м), шестая модель - 6, первая модернизация - А. Цепной рабочий орган представляет собой цепь, на звеньях которой закреплены ковши или режущие элементы (скребки, резцы и др.). Ковши обычно саморазгружающиеся, открытые спереди и сверху, с проушинами на боковых стенках для крепления цепи. Корпус выполняют из листовой стали, необходимую жесткость корпусу придает козырек. Сопряжения дниттта ковша с боковыми стенками и хвостовой частью закругляют, чтобы уменьшить налипание и намерзание грунта. Цепь приводится в движение от звездочки верхнего (турасного) вала и огибает нижний (полевой) турас, который выполнен в виде огибающего блока, свободно сидящего на оси. Верхняя ветвь опирается на поддерживающие ролики, а нижняя может перемещаться в направляющих или же свободно провисать. При движении цепи в направляющих обеспечивается ровная поверхность забоя в случае однородного грунта. Но если встречаются каменистые включения, то поднимается вся ковшовая рама (она крепится на гибкой подвеске), что сопровождается высокими динамическими нагрузками и нарушением рабочего процесса. Поэтому их используют для работы в однородных грунтах, например, на многоковшовых экскаваторах поперечного копания для разработки глины в карьерах. Для свободно провисающей цепи ковш при копании удерживается за счет натяжения цепи, ровная поверхность забоя не выдерживается (т. е. ковши могут быть наполнены неодинаково), но зато они относительно свободно обходят непреодолимые препятствия в грунте. В частности, при встрече с камнем ковш отклоняется и обходит его. Так продолжается несколько раз, пока камень не оголится и ковш не захватит его. Поэтому свободно провисающие цепи устанавливают на экскаваторах, работающих в разнообразных грунтовых условиях, в том числе на всех траншейных экскаваторах. Во время движения вдоль забоя ковш снимает стружку шириной b и толщиной hc. Для многоковшовых экскаваторов поперечного копания она зависит от скорости перемещения экскаватора и всегда меньше ширины ковша, Ьс < Ьк. Для многоковшовых экскаваторов продольного копания ширина стружки равна ширине ковша, Ьс = Ьк. В этом случае толщина снимаемой стружки К=—,    (14.1) где qK - вместимость ковша, м3; ки - коэффициент наполнения; L - длина забоя, м. кр - коэффициент разрыхления; В бесковшовом органе режущие элементы закреплены на цепи. Срезаемый грунт увлекается вдоль забоя ими или же специальными транспортирующими элементами. В этом случае толщина стружки йс = — ,    (14-2) где h0 - высота режущих (транспортирующих) лопаток, м; /с, - коэффициент заполнения рабочего пространства, /с, - 0.3...0,5; п - число режущих элементов, одновременно находящихся в забое. Техническую производительность /7тех определяют по выносной способности (т.е. по максимальному объему грунта, транспортируемого в единицу времени). Для многоковшовых экскаваторов с ковшовым органом ятех - ,    (14.3) где п - число разгрузок в единицу времени. Для многоковшовых экскаваторов с бесковшовым органом Ятех=^,    (14-4) где vv - скорость движения рабочих или транспортирующих элементов, м/с; Fp - площадь сечения рабочего пространства, м2. 14.1 Траншейные многоковшовые экскаваторы Это неповоротные машины нижнего продольного копания. Ось машины располагается обычно по оси траншеи (иногда она сдвинута на 0,5-0,8 м или на бровку траншеи). Вместимость ковшей qK - 15.. .250 л (обычно 20-150 л, бывает до 2000 л). Траншейные многоковшовые экскаваторы состоят из трех основных частей: 1)    базового тягача; 2)    рабочего оборудования, включающего рабочий орган для копания траншей и поперечное (к продольной оси машины) отвальное устройство для удаления грунта (как правило, ленточный конвейер); 3)    вспомогательного оборудования для управления рабочим органом и другими механизмами. Их применяют для рытья траншей прямоугольного или трапецеидального профиля (под газо-, нефте-, водопроводы, канализационные системы и кабельные линии). Это самоходные землеройные машины непрерывного действия с многоковшовым или бесковшовым (скребковым, плужковым, зубчатым) рабочим органом. При своем перемещении они разрабатывают (за собой) за один проход траншею заданных параметров (глубины, ширины, профиля) с одновременной транспортировкой грунта в сторону от траншеи. Их рабочие органы непрерывно перемещаются по замкнутому контуру при одновременном перемещении траншейного экскаватора. Их производительность Пэт = (2...2,5)Поэ при более высоком качестве работ и меньших энергозатратах (Яоэ - производительность одноковшового экскаватора такой же мощности). Они разрабатывают как мерзлые, так и немерзлые грунты. Типы и параметры траншейных экскаваторов определены ГОСТ 19618-85. Траншейные экскаваторы эффективны при работе на прямолинейных участках большой протяженности (с минимальными пионерскими выемками одноковшовыми экскаваторами для ввода траншейных экскаваторов). Их классифицируют по следующим признакам: 1)    по типу рабочего органа разделяют цепные (ЭТЦ) и роторные (ЭТР); 2)    по способу соединения рабочего оборудования с базовым тягачом -навесным и полуприцепным; 3)    по типу ходового оборудования базового тягача - гусеничные и пнев-моколесные; 4)    по типу привода: с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (наиболее распространенным). Для эффективного использования траншейных экскаваторов при разработке грунтов различной крепости и рытья траншей разной глубины они должны иметь многоступенчатое (или лучше бесступенчатое) регулирование скорости их перемещения. Поскольку цепные траншейные экскаваторы работают на разных грунтах и при различных поперечных сечениях траншеи (используя зубья-уширители) рабочему органу желательно иметь не менее двух-трех скоростей. На максимальной скорости рабочий орган разрабатывает грунт невысокой крепости, на промежуточной - однородные грунты средней и высокой крепости (в том числе мерзлые), на наименьшей - грунты с твердыми включениями. Рабочие скорости передвижения траншейных экскаваторов назначаются из условия обеспечения всего диапазона изменения скоростей передвижения. Скорость движения копания рабочего органа и скорость подачи (т.е. передвижения траншейного экскаватора) подбирают такими, чтобы независимо от глубины траншей обеспечивать максимальное заполнение ковшей. Поэтому в современных траншейных экскаваторах рабочая скорость их передвижения бесступенчато регулируется в широком диапазоне (в зависимости от физико-механических свойств грунтов). Она составляет: для ЭТЦ - 5-800 м/ч для ЭТР - 10-500 м/ч Для получения таких скоростей трансмиссии ходовых устройств оборудуют гидромеханическими ходоуменыпителями. Траншейные экскаваторы используют для работы в однородных грунтах I-IV категорий. Крупные каменистые включения приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы. В устойчивых грунтах траншею роют без откосов, в менее устойчивых -с откосами. Для этого рабочие органы дооборудуют пассивными ножевыми или активными цепными откосниками. 1 2    Ножевые откосники
(рисунок 14.5) устанавливают с двух сторон ротора, закрепляя их неподвижно на кронштейнах рамы. При движении они отделяют грунт в зоне откосов и Рисунок 14.5 - Схема пассивного откосника: обрушивают вниз где он 1 - рама; 2 - кронштейн; 3 - откосник ** * *    захватывается ковшами. Активные цепные откосники (рисунок 14.6) устанавливают на траншейных цепных экскаваторах. Они имеют вид цепей с закрепленными в звеньях зубьями. Каждая из двух дополнительных цепей одним концом крепится на балансире (качающемся относительно ковшовой рамы), а другим - на пальце, расположенном эксцентрично на натяжной звездочке основной цепи. Дополнительные цепи получают возвратно-поступательное движение и пропиливают грунт в зоне откоса. В качестве транспортирующих органов используют ленточные конвейеры (рисунок 14.7). Их особенность состоит в малой длине, вследствие чего очень важным фактором является условие разгона грунта на конвейерной ленте, в частности, использование кинетической энергии для увеличения дальности отбрасывания. Привод отбрасывающего ленточного конвейера может осуществляться механической передачей от вала отбора мощности тягача или гидромотором, питающимся рабочей жидкостью от отдельного насоса. Рисунок 14.6 - Схема активного откосника: 1 - рама; 2 - балансир; 3 - цепь; 4 - зуб; 5 - натяжное колесо; 6 - палец-эксцентрик
Рисунок 14.7 - Схемы конвейеров: а - прямого; 6 - дугового; в - U-образного
По этой причине наилучшие условия для разгона создают дуговые (см. рисунок 14.7, б) и U-образные (см. рисунок 14.7, в) (по классификации подъемно-транспортных машин их называют комбинированными горизонтально-наклонными) конвейеры, а прямые (см. рисунок 14.7, а) просты по конструкции, но не дают высокой скорости отбрасывания грунта. 14.2 Экскаваторы траншейные цепные (ЭТЦ) Рабочее оборудование ЭТЦ включает: -    ковшовую цепь; -    отвальный конвейер; -    механизмы управления; -    передаточные и подъемные механизмы. Основной рабочий орган - цепь, на звеньях которой крепятся рабочие элементы (ковши, плужки, скребки или резцы). На раме крепятся приводные и натяжные звездочки, которые охватывает цепь с присоединенными ковшами. Верхняя ветвь опирается на поддерживающие ролики, а нижняя (рабочая) свободно провисает (или перемещается в направляющих). Цепи обычно бывают двухрядными (реже - трехрядными) и однорядными. Для отрывания узких траншей на цепи вместо ковшей крепятся плужки или скребки. Для прорезания щелей в мерзлых полускальных грунтах используют рабочий орган, имеющий одну (реже - две) цепь с зубьями (бар). Однорядную цепь также используют для плужковых и скребковых рабочих элементов. Для ковшовой цепи применяют раму коробчатого сечения, в случае скребков и плужков - легкую раму трубчатого или решетчатого сечения. В нижней части рамы располагают устройство для натяжения цепи. ЭТЦ с вертикальной ковшовой рамой (или со скребковым рабочим оборудованием) имеют подпружиненное натяжное устройство. ЭТЦ с наклонным рабочим органом и ковшовым рабочим оборудованием снабжают жестким неподпружиненным натяжным устройством. Приводной вал и вал приводных звездочек ЭТЦ с ковшовым оборудованием оснащены предохранительными устройствами (муфтами предельного момента) на случай встречи рабочих органов с непреодолимым препятствием. В качестве отвального устройства применяют ленточные, скребковые и шнековые конвейеры, а также метатели. Как отмечалось, наиболее распространены ленточные конвейеры. Отвальные шнеки используют в малых ЭТЦ с плужковым и скребковым рабочим оборудованием. В ряде случаев на скребковых ЭТЦ применяют вместо шнеков скребковые цепные конвейеры. Привод этих экскаваторов, как правило, однодвигательный (дизель тракторного типа). Передаточные механизмы осуществляют копание, собственное рабочее перемещение, перемещение отвального конвейера, изменение (подъем-опускание) положения рабочего органа, транспортное перемещение. Привод ходового оборудования при пониженных рабочих скоростях (и при бесступенчатом регулировании в диапазоне 20-800 м/ч) осуществляется с помощью гидромеханического ходоуменыпителя, который включен в трансмиссию базового трактора. Гидромеханическое ходовое устройство представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор с приводом от гидромотора (аксиально-поршневого). Гидромотор приводится гидронасосом с приводом через редуктор от двигателя внутреннего сгорания. При транспортных скоростях ходоуменыпитель отключается. Используют механические и гидромеханические трансмиссии. Как правило, гидромеханическими трансмиссиями приводят механизмы, не требующие затрат большой мощности (механизмы подъема рабочего органа и рабочего передвижения экскаватора, в ряде случаев - привод ленты конвейера). Механические трансмиссии используют для привода механизмов, потребляющих большую мощность и не требующих плавного регулирования скорости в широком диапазоне (приводы рабочих органов и транспортного передвижения траншейного цепного экскаватора). Для эффективной работы в различных грунтах и при различных сечениях отрываемых выемок рабочий орган должен иметь не менее двух-трех рабочих скоростей. Цепной ковшовый рабочий орган состоит из двух (как правило) длиннозвенных замкнутых цепей с ковшами. Каждая из них огибает в верхней части приводную звездочку, а в нижней - натяжное (направляющее) колесо (рисунок 14.8). Рама направляет движение ковшовой цепи и определяет глубину траншеи (в зависимости от угла наклона). 6 J4    7
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я