Землеройно-транспортные машины - часть 1



Н. Г.’ Д О М Б Р£> В С К И Й д-р техн. наук проф. М. И. ГАЛЬПЕРИН д-р техн. наук проф. ЗДМЛЕРОЙНО- ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов специальности „строительные и дорожные машины и оборудование“ строительных вузов ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ» Москва 1965
В учебнике описаны конструкции, принципы действия, а также методы расчета землеройно-транспортных машин. Приведены примеры расчета отдельных элементов машин и выполняемых ими рабочих процессов. Учебник предназначен для студентов механических факультетов очных и заочных строительных и политехнических вузов. Он может быть полезным также инженерам^-механикам, работающим в области проектирования и эксплуатации зем-леройно-транспортных машин. Рецензенты: Кафедра дорожных и строительных машин Московского автомобильно-дорожного института и канд. техн. наук Н. П. Бородачев ПРЕДИСЛОВИЕ За последние несколько десятилетий выросла и сформировалась новая область машиностроения — строительное и дорожное машиностроение. Над созданием строительных машин работают специализированные заводы, проектные организации и научно-исследовательские институты. Стоимость парка строительных машин составляет 10—14% общей стоимости строительных работ. Эксплуатацией этих машин заняты десятки тысяч инженеров и техников. Специалистов механиков-строителей готовят более 50 факультетов строительных, автомобильно-дорожных и политехнических вузов. Последние учебники для механических факультетов строительных вузов изданы в 1949—1950 гг. За это время изменились технологические процессы строительства, к строительным машинам стали предъявлять повышенные требования, конструкции машин усложнились, более точными стали методы расчета и проектирования машин. Настоящий учебник представляет собой часть общего курса «Машины для землеройных работ» по специальности «Строительные машины и оборудование». В нем использованы современные исследования в области землеройно-транспортных машин, выполненные как авторами данного учебника, так и другими исследователями, в первую очередь работы ВНИИСтройдормаша, проведенные под руководством канд. техн. наук И. П. Бородачева, в том числе расчетные материалы, изложенные в работах канд. техн. наук Д. И. Плешкова и канд. техн. наук В. М. Гольдштейна, а также работы, проведенные кафедрами «Дорожно-строительные машины» МАДИ и СИБАДИ. Возможность изложить материал в соответствии с данным учебником была проверена авторами на опыте чтения этого курса как на очных, так и на заочных и вечерних механических факультетах строительных вузов. В учебник включены контрольные вопросы, что поможет студентам заочных вузов в выполнении контрольных работ и изучении курса. Так как по вопросам объема и структуры учебников имеются различные точки зрения, то авторы будут признательны за все замечания как по структуре и объему, так и по содержанию учебника. Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИНАХ § 1. ПРОЦЕСС РАБОТЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШЙН Землеройно-транспорными машинами называются такие машины, которые одновременно с отделением грунта от массива перемещают его (транспортируют), причем движение рабочего органа при копании осуществляется перемещением всей машины. При небольших расстояниях отделение и транспортирование грунта происходят одновременно, а при значительных расстояниях после прекращения копания грунт т.олько транспортируется. Землеройно-транспортные машины можно разделить на два основных типа: ножевые (рис. 1), имеющие отвал в виде ножа (бульдозеры, грейдеры, грейдер-элеваторы, струги) и ковшовые (скреперы) (рис. 2). Бульдозеры выполняются в виде навесного оборудования к тракторам и специальным тягачам. Грейдеры, грейдер-элеваторы, скреперы и струги могут быть самоходными, прицепными или полуприцепными. Самоходные грейдеры на пневмоколес-ном ходу называются автогрейдерами. Рабочим органом ножевых машин является отвал с ножом (рис. 3), устанавливаемый на тракторе или на специальном шасси. Рабочий орган ковшовых машин-скреперов -г- ковш с заслонкой, который может открываться и закрываться, опускаться для врезания в грунт, подниматься в транспортное положение и разгружаться (рис. 4). Как правило, грунт разрабатывают послойно. Разгрузку можно при необходимости организовать так, чтобы укладка грунта производилась также послойно. Землеройно-транспортные машины имеют сравнительно ограниченное применение, так как они могут выполнять только однообразные технологические приемы, и возможности их работы в значительной степени зависят от рельефа местности. Экономически целесообразно перемещать грунт скреперами с гусеничными тягачами на расстояние до 600—900 м, ас колесными тягачами — до 2—4 км. Бульдозерами еыгодно перемещать грунт на небольшие расстояния (до 100 м), так как при перемещении грунта волоком часть грунта теряется в результате высыпания по бокам отвала; кроме того, при таком способе перемещения возникают значительные силы сопротивления перемещению. Остальные ножевые машины, кроме бульдозеров, обычно работают на расстоянии 500 м и больше, поворачиваясь в конце каждого прохода. Рис. 3. Схемы основных типов отвалов бульдозера: а — неповоротный, б — поворотный в горизонтальной плоскости, в — универсальный, г — с зубьями, д — с открылками Масса землеройно-транспортных машин и расход энергии значительно меньше, чем масса и расход энергии экскаваторов с соответствующим транспортом, обеспечивающим одинаковую производительность. На 1 т массы скреперов выработка в среднем составляет 2—5 мг/ч, включая транспортирование и укладку грунта, у ножевых машин — 4—6 м3/ч на 1 т массы для бульдозеров и 10—20 м31ч для грейдер-элеваторов и стругов. Установленная мощность и расход энергии у ножевых машин значительно меньше, чем у других землеройных машин. Для грейдер-элеваторов и стругов выработка может составлять от 3 до 5 м3/ч на 1 кет мощности всех двигателей машины. Для скреперов расход энергии на 1 мг колеблется от 2 до 2,5 кет • ч при дальности возки 300—400 м, этому соответствует расход дизельного топлива 0,5—0,6 кг. Прицепные землеройно-транспортные машины не являются универсальными, как экскаваторы. Грейдеры и автогрейдеры — это специальные машины, предназначенные для постройки дорог. При комплексном применении нескольких типов землеройно-транспортных машин могут выполняться почти все основные, а также многие вспомогательные работы в строительстве и даже на открытых разработках. Рис. 4. Схемы основных типов ковшей-скреперов: а — грейферный с самосвальной разгрузкой, б — с принудительной разгрузкой выдвижением задней стенки, в — с полупринудительной разгрузкой через нож поворотом днища, г — с принудительной разгрузкой через дно, д — телескопический с принудительной разгрузкой выдвижением задней стенки, е —с самосвальной разгрузкой назад (для одноосного скрепера) Основные достоинства землеройно-транспортных машин заключаются в следующем: одна такая машина может разрабатывать, транспортировать и иногда уплотнять грунт. Машины работают без специального транспорта и имеют высокую производительность. Для большегрузных скреперов последняя составляет 8—12 м3/ч на 1 м3 емкости ковша при дальности возки 600—1000 м, для мощнйх бульдозеров — до 600 м3/ч при дальности перемещения грунта на 35—50 м и уклонах около 20%. Удельная производительность на 1 чел. обслуживающего персонала достигает 500 м3/ч. Стоимость ^абот невысока, иногда в 3—4 раза меньше стоимости работ, выполняемых экскаваторами. Общим недостатком землеройно-транспортных машин является затруднительность применения их для работы при низких температурах, в очень тяжелых грунтах с включением крупных камней, пней и корней, а также в болотистой местности. Землеройно-транспортные машины при работе на подъемах, а также на грунтах с большой влажностью, и на сыпучих грунтах резко снижают производительность, так как при этом значительно уменьшается сцепление ходовой части, особенно колесной, с грунтом. Скреперы не рекомендуется использовать на очень вязкйх и липких грунтах. При работе на грунтах III и IV групп грунт требуется предварительно рыхлить. Грейдер-элеваторы непригодны для работы в холмистой или горной местности и на несвязных сыпучих грунтах, в которых потери грунта при подаче на конвейер составляют около 40%. СОПОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ РАБОТЕ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Как показали исследования, наиболее целесообразно применять бульдозеры для работы в любых грунтах при дальности перемещения до 100 м, в том числе при сооружении насыпей высотой до 1,5 м из выемок такой же глубины, сооружении полу-выемок-полунасыпей, срезке косогоров, планировочных работах, валке леса. Скреперы целесообразно применять при сооружении насыпей и разработке выемок в легких и средних грунтах (несыпучих) при разности отметок для выемок и поверхности насыпей не более 20 м, при длительности работ менее года и продолжительности сезона не менее 8 мес. При дальности перемещения грунта до 300 м следует применять тягачи гусеничного типа, а при дальности 300—4000 м и средних дорожных условиях—колесные одноосные или седельные двухосные тягачи. Усредненные данные по технико-экономическим показателям работы землеройно-транспортных машин приведены в табл. 1. Таблица 1 Усредненные технико-экономические показатели работы землеройно-транспортных машин Показатели Скреперы Бульдозеры Дальность транспортирования в Стоимость 1 ж3 в руб. . . . Производительность труда на тыс. м3 ... То же в смену в м3 .... Количество рабочих на 1 млн. граммы ........... Удельный расход энергии на 1 км....... 1 чел. в год в м3 годовой про-м3 в кет -ч . . 0,5—0,1 0,6—0,19 0,05—0,01 2,5—0,085 160—14 2,4—1,6 Продолжение табл. 1 Показатели Скреперы Бульдозеры Масса оборудования на 1 млн. м3 годовой программы в т......... ...... В том числе масса машинного оборудования . . Мощность установки на 1 млн. мэ годовой программы в ты с. кет (л. с.) .... 2,7—1,9 (3,7—2,6) 1,83—1,1 (2,5—1,5) § 2. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Цикл создания машины длится от 3 до 5 лет, а по соображениям экономики машиностроения серийное производство машин должно продолжаться не менее 5 лет. Таким образом, машина, создаваемая сегодня, должна быть прогрессивной еще в течение 10—12 лет. Значительную помощь в разработке совершенных конструкций машин и перспективных планов развития новой техники оказывает знание истории развития машин. Рассмотрим, например, кратко этапы развития ходового оборудования строительных машин. Первые землеройно-транспортные машины выполнялись на катках, позже — на деревянных и металлических колесах (рис. 5). По мере увеличения мощности и массы машин давление на грунФ возрастало. Для перемещения машин на металлических колесах требовались настилы, много времени тратилось на передвижку путей. Использование железнодорожного хода нормальной колеи не смогло существенно изменить этого положения. Появление гусеничного хода (1910—1912 гг.), более маневренного, пригодного для бездорожья, способствовало развитию гусеничных машин. Развитие грузового автотранспорта на массивных шинах снова привело к использованию колесного хода для землеройных машин. Однако большие нагрузки на колеса, затруднявшие движение машин на таких шинах по плохим дорогам, явились предпосылкой к созданию гусеничного хода более совершенной конструкции, попыткам применить быстроходные гусеничные .системы, частично заимствованные у танков и тягачей. Но из-за усложнения конструкции и высокой стоимости эксплуатации это оборудование также не получило распространения. Требования маневренности, повышения скорости движения землеройно-транспортных машин, а также появление пневматических шин вызывали необходимость в дальнейшем усовершенствовании колесного хода. Однако из-за высокого давления пневматические шины оказались почти неприемлемыми для передвижения по рыхлому грунту. С 1918 г. начинается массовое использование гусениц на тихоходных землеройных машинах. Рис. 5. Первый колес! ый скрепер для конной тяги с поворотным ковшом, управляемым вручную (1773 г.)
Появление шин низкого регулируемого давления до 100 кн/м2 (I кГ/см2), а затем и бескамерных с допускаемой нагрузкой до 150 и даже до 250 кн на колесо дало значительные преимущества колесным машинам. В настоящее же время гусеничные землеройно-транспортные машины постепенно заменяются колесными универсальными машинами с унифицированными узлами. Таким образом, почти за 200 лет колесный ход 4 раза получал новое применение и дальнейшее развитие. Во второй половине XIX в. был создан колесный грейдер с управляемым отвалом, который мог устанавливаться под углом к направлению движения для перемещения срезаемого грунта в сторону. Усовершенствование пол-зункового скрепера, получившего распространение в конце XIX в., шло по линии улучшения его формы, облегчающей управление ковшом так, чтобы по мере наполнения скрепер под действием силы тяжести грунта в ковше выглуб-лялся и на салазках, являвшихся продолжением зубьев, скользил к месту разгрузки. На разгрузке рабочий подъемом ручек вызывал врезание скрепера в грунт и опрокидывание его ручками вперед. Обращает внимание рациональная форма полукруглой ступенчатой режущей кромки, снабженной плоскими зубьями с закругленной кромкой (рис. 6), благодаря которой, очевидно, достигалось хорошее врезание и плавное возрастание усилия при заглублении, а также уменьшалась величина усилия. Тяга скрепера осуществлялась обычно двумя, реже четырьмя лошадьми, что давало возможность получить емкость скрепера соответственно 0,08—0,2 м3. Такие скреперы применялись при Рис. 6. Ползунковый скрепер на салазках (1871 г.) разработке неглубоких выемок и сооружении невысоких насыпей, особенно при линейных работах. При дальности перемещения грунта 15—50 м и высоте подъема до 2 ж в грунтах I—III групп производительность скрепера емкостью 0,12 м3 составляла соответственнно от 8 до 2 ж3 в час. До разработки грунты II—III групп подвергались рыхлению плугами. Средняя производительность рабочего с учетом рыхления составляла 5—б м3 грунта в смену, что в 2—2,5 раза превышало производительность работы вручную в данных условиях. У нас массовое применение конные скреперы получили на строительстве Туркестано-Сибирской дороги (1928 г.), Башжел-дорстрое и на других объектах. Использование трактора позволило увеличить дальность возки до 100 м, а емкость до 0,75 м3 при тракторе мощностью 22 кет (30 л. с.) и до 1,25 м3 при тракторе 36,7 кет (50 л. с.). В 1875 г. был создан первый грейдер-элеватор с конной тягой и механизированным ручным управлением. Машина представляла собой деревянную раму, обшитую металлом и опиравшуюся на четыре колеса. С левой стороны на управляемой раме за- крепдялся дисковый плуг диаметром около 0,5 м. Срезаемый грунт отваливался на ленточный наклонный конвейер, подвешенный перпендикулярно продольной оси повозки. Привод конвейера осуществлялся шарнирной цепью от колес повозки. Этот принцип действия позднее был использован для управления ковшом скрепера и применялся в течение более 60 лет даже после перевода скреперов на тракторную тягу. Вся машина приводилась в действие восемью лощадьми, что позволяло получить тяговое усилие порядка 4 кн (400 кГ), и обслуживалась двумя рабочими. Грунт с конвейера ссыпался в повозки, подъезжавшие одна за другой. Производительность машины в легком грунте достигала 90 м3 в час. Только в 1883 г. полностью металлические скреперы были установлены на одноосный ход с металлическими колесами и управлением от ходовых колес скрепера. Оно осуществлялось цепной передачей, включаемой ручным рычагом кулачковой муфты, сблокированной с тормозом. При включении ее ковш поднимался в транспортное положение, а для разгрузки опрокидывался или раскрывался. Опускался ковш на тормозе под действием собственной массы. Это позволяло довести экономически целесообразную дальность тракторной возки до 400 м при двукратном увеличении производительности по сравнению с волокушными скреперами. Трактор мощностью 48 кет (65 л. с.) транспортировал поезд из 4—6 конных скреперов емкостью 0,75 м3 каждый, причем два скрепериста, переходившие на ходу с одного скрепера на другой, одновременно заполняли два скрепера. Такой способ транспортирования довольно хорошо разрешал противоречие между большой по тому времени мощностью трактора и незначительной емкостью скреперов. Кроме того, он позволял маневрировать в зависимости от условий числом скреперов в поезде. Однако при этом увеличилась длина заполнения и разгрузки, что было очень неудобно при малых расстояниях перемещения грунта. В 1910 г. Т. Шмейзер (США) создал скрепер емкостью 5,4 м3 с тягой*грактором мощностью 55 кет (75 л. с.) и гидравлическим управлением ковшом с приводом от колес трактора. Агрегат массой 14 т обслуживался двумя рабочими. Спустя 9 лет появился скрепер с механизированным управлением от трактора. В 1917 г. были сделаны первые попытки применить колесную машину (автомобиль Форда модели Т с широкими покрышками) Для тяги скрепера. В 1922 г. был построен первый четырехколесный скрепер «Гон-Дола», механизмы которого приводились семью электродвигателями. Скреперы того времени представляли собой открытый спереди ковш на двух или четырех колесах. По мере заполнения скрепера, срезаемый грунт поднимался под действием образуемой i/еред ковшом так называемой призмы волочения А (рис. 7, а),/ Это резко увеличивало необходимое тяговое усилие, достигавшее при емкости ковша 6 м? в средних грунтах 180—200 кн (18—20 г), что превышало усилия 110—120 кн (11 —12 т), развиваемые гусеничными тракторами мощностью 70—73 кет (95—100 л: с.). Поэтому стремления изобретателей были направлены на снижение тяговых усилий, необходимых для заполнения скрепера. Рис. 7. Заполнение открытого ковша скрепера (а) и ковша с передней заслонкой (б) Была сконструирована поднимающаяся передняя шарнирная управляемая трактористом, заслонка образующая как бы переднюю стенку ковша. Теперь заполнение происходило при заслонке, поднятой в положение 1 (рис. 7,6), а когда начинала образовываться призма волочения, заслонка опускалась в положение 2, препятствуя поднимающемуся грунту высыпаться из ковша вперед и образовывать призму волочения. При подъеме ковша заслонка опускалась, смыкаясь с днищем и прорезая стружку, запирала в ковше почти весь разрушенный грунт, тогда как в открытом ковше не только вся призма волочения, но и часть грунта в ковше, ограниченная углом естественного откоса (см. пунктирную линию на рис. 7, а), высыпалась из ковша после его подъема. Наличие заслонки способствовало тому, что после заполнения ковша на 30—40% срезаемая стружка как бы фонтанировала, поднимаясь между относительно мало изменяющими свое положение массами грунта в задней части ковша и в заслонке (см. пунктирные линии на рис. 7, б). Конечно, не следует упрощенно понимать этот процесс как подъем сплошной массы стружки. Это бывает далеко не всегда, так i^k в зависимости от рода и состояния грунта и толщины струж1ки может иметь место подъем целых кусков, что возможно при работе в глинистых грунтах и особенно, когда режущая кромка образует по бокам уступы, увеличивающие в этих местах толщину стружки. Постепенно заслонка из плоской подвижной стенки в первых конструкциях приняла более выпуклые очертания (рис. 4) и в отдельных случаях стала вмещать до 40% объема ковша, формы которого напоминали грейферный ковш. Передние заслонки сохранились в скреперах до настоящего времени. С использованием их емкость скрепера, работающего с трактором 70—73 кет (95—100 л. с.), увеличилась с 6 до 8 м3, т. е. примерно на */з- В 1933 г. был создан телескопический скрепер, ковш которого состоял из двух частей: передней 1, неподвижно укрепленной в раме, и задней 2, перемещавшейся по раме с помощью канатного механизма, действовавшего от лебедки трактора. Перед заполнением задняя часть вдвигалась в переднюю (рис. 8, а). По мере заполнения она отодвигалась назад и начиналось заполнение внешней части ковша, расположенной впереди (рис. 8,6). После'заполнения заслонка 3 опускалась и ковш поднимался в транспортное положение (рис. 8, б). Разгрузка происходила при перемещении вперед канатным механизмом задней части ковша (рис. 8, г, (3), а затем его задней стенки (рис. 8, е). При такой конструкции общая длина и емкость ковша могли быть в 1,5 раза больше, а величина тягового усилия, отвечающего емкости скрепера обычной конструкции, почти в 1,5 раза меньше. В связи с этим оказалось возможным увеличить емкость скрепера с 8 до 12—13 м3 при мощности трактора 70—75 кет (95—100 л. с.). Телескопические скреперы получили широкое распространение в 1935—1940 гг. Хотя габариты их были велики, они оказались более маневренными, чем поезд, составленный из двух скреперов (тандемная возка — способ тандем). Применение способа тандем с тягой трактором 70 кет (95 л. с.) позволило увеличить емкость скрепера до 26 м3, получив производительность порядка 80 м3/ч. Сравнительно малая транспортная скорость компенсировалась емкостью скреперов, в результате дальность возки увеличилась до 1,6 км, тогда как до сих пор наибольшая экономически оправданная дальность возки не превышала 1 км. Всеми движениями скрепера управлял тракторист, в основном с помощью канатной полиспастной системы, действовавшей от лебедки трактора. В 1933 г. был создан первый одноосный скрепер к трактору 70 кет (95 л. с.) емкостью 7,6 ж3 с гидравлическим приводом, управление которым осуществлялось из кабины тракториста. Этот скрепер, как бы повторивший в части одноосности конструкции первых колесных скреперов, отличался большой маневренностью. Он был снабжен двумя заслонками, образовывавшими его переднюю и заднюю стенки, что обеспечивалр разгрузку вперед и назад (см. рис. 4, е). Последнее позволило использовать его при непосредственной разгрузке грунГа под откос, т. е. для засыпки котлованов, отсыпки насыпи «с головы» без применения вспомогательных бульдозеров, необходимых при работе обычных скреперов с разгрузкой вперед.
Гидроуправление при высоком качестве изготовления аппара-' туры, насосов и бронированных гибких-шлангов оказалось более надежным и долговечным, чем канатное, давало возможность принудительно опускать ковш для заглубления; однако оно было более сложным в работе, чем канатное, и требовало наличия различных запасных частей точного изготовления. Кроме того, с помощью гидравлической системы управления оказалось невозможным быстро перемещать ковш (например, при встрече неожиданного препятствия). В дальнейшем для снижения тягового усилия при заполнении скрепера средние и тяжелые грунты перед разработкой стали рыхлить многозубыми рыхлителями. В 1937 г. была сделана попытка создать скрепер с подвижным днищем, выполненным в виде ленточного реверсивного конвейера с приводом от электродвигателя, что давало возможность разгрузки как вперед, так и назад. Электродвигатели были установлены и для всех остальных механизмов скрепера и питались постоянным током от генератора, расположенного на тракторе. Но так как основные сопротивления заполнению скрепера вызываются необходимостью подъема грунта вверх, эта конструкция не получила распространения. Другим направлением резкого повышения тяги скрепера, необходимой для заполнения, было применение толкачей. Резервные тракторы, снабженные специальным толкающим буфером или отвалом бульдозера, располагались на месте загрузки скреперов и по мере их подхода пристраивались сзади, упираясь буфером или отвалом в задний буфер скрепера, и толкали его, увеличивая силу тяги в 1,5—1,7 раза. Окончив заполнение, толкач либо задним ходом возвращался в исходное положение для встречи нового скрепера, либо передним ходом нагонял второй скрепер, подходивший к месту заполнения. Так один толкач обслуживал 3—5 скреперов. С 1925 г. тракторные фирмы США начали выпускать скреперы (в 1938 г. производство их стало серийным). В эти же годы в СССР были созданы скреперы емкостью 5 ж3 с гидравлическим управлением и емкостью б м3 с канатным управлением для работы с тракторами мощностью 48 кет (65 л. с.), выпускаемыми Челябинским заводом. До этого времени у нас выпускались скреперы емкостью 0,75 и 1,1 ж3 для поездной возки с трактором 48 кет (65 л. с.). Был изготовлен образец телескопического скрепера емкостью 8 ж3 к трактору С-65. Небольшие скорости гусеничных тракторов привели к попыткам заменить гусеничные тракторы мощными колесными тягачами автомобильного типа, а также использовать седельные автомобильные тягачи с полуприцепным скрепером. Эти попытки успеха не имели в силу малой маневренности, недостаточной устойчивости и непригодности тягачей, снабженных шинами высокого давления, для работы в условиях бездорожья. В 1937 г. был создан первый полуприцепной телескопический скрепер большой емкости на базе одноосного тягача на шинах с пониженным до 200 кн/м2 (2атм) давлением. Эта машина могла транспортировать 12 ж3 грунта со скоростью до 25 км/ч. Дальность возки составляла 2—3 км. В 1938 г. был изготовлен скрепер емкостью 23 ж3 с одноосным тягачом 118 кет (160 л. с.) с шинами низкого давления диаметром 2 м и шириной 0,6 м, развивающий скорость до 34 км/ч и наибольшее тяговое усилие 170 кн (17 г). В этот же период появились и другие сменные полуприцеп' ные устройства к одноосным тягачам—большегрузные само-разгружающиеся повозки с задней, боковой и донной разгрузкой. Основное направление при современном состоянии техники — создание универсальных колесных самоходных строительных машин путем агрегатирования узлов, выпускаемых автомобильной и тракторной промышленностью, и применения сменного полуприцепного и навесного рабочего оборудования. Развитие этой идеи открыло возможности для повышения емкости, скорости и производительности скреперов, расширяя область их применения. В 1947 г. был создан полуприцепной скрепер с электрическим приводом емкостью 20 м3 для работы с тягачом мощностью 225 л. с., развивающий скорость до 24 км/ч при массе агрегата 19 т. При полезной массе перевозимого грунта 32 т коэффициент тары составлял 0,6, т. е. был меньше, чем у лучших конструкций автосамосвалов. Чтобы повысить силу тяги колесных тягачей, было уменьшено давление в шинах с 300 до 250 кн/м2 (с 3 до 2,5 атм) и ниже, увеличена высота протектора и разработаны типы его рисунка, отвечающие различным грунтовым условиям. Это позволило повысить силу тяги на 20—30%- Однако основные усилия конструкторов были направлены на увеличение силы тяги путем создания привода на ось скрепера — полуприцепа. Для этой цели устанавливали дополнительный двигатель, мощность которого обычно не превышала 0,75 мощности двигателя тягача. Так были созданы самоходные скреперы емкостью до 42 ж3 мощностью до 720 кет (410 + 310 кет), т, е. 980 л. с. (560 + + 420 л. с.). Создание дизель-электрического привода (с установкой электродвигателей постоянного или переменного тока на каждом колесе скрепера и тягача) в 1957' г. позволило увеличить емкость скрепера до 46 м3 при мощности тягача 440 кет (600 л. с.). Применение столь мощных скреперов повлекло за собой работу по созданию толкачей массой до 170 г, мощностью до 1200 кет (1650 л. с.) с приводом по типу мотор-колесо (рис. 9). Серийные машины с дизель-электрическим приводом по типу мотор-колесо пока еще не получили широкого применения из-за трудности обеспечения достаточной надежности машин при работе в тяжелых условиях, а также хорошей управляемости. В СССР созданы конструкции полуприцепных скреперов к одноосным тягачам мощностью 180 и 220 кет (240 и 360 л. с.) емкостью 9 и 15 ж3. Осваивается самоходный скрепер с мотор-колесами емкостью 20—25 ж3 на базе тягача мощностью 290— 380 кет (520 л. с.). Серийно выпускаются прицепные скреперы емкостью 3,6 и 10 ж3. Массовое применение прицепных скреперов емкостью 6 и 10 ж3 имело место на постройке канала Волго-Дон им. В. И. Ленина в 1948—1950 гг. Часовай производительность их на 1 ж3 составляла соответственно 7 и 7,5 ж3 при максимальной производительности 52 и 80 мъ/ч. Рис. 9. Толкач-тягач массой 170 т, мощностью 1200 кет (1650 л. с.) с электрическим приводом на каждое -колесо Одноосные тягачи придают скреперам высокие маневренные качества. Однако получить скорость скрепера с одноосным тягачом выше 50 км/ч пока еще не удается* Поэтому для перевозок на дальние расстояния используют полуприцепные скреперы с двухосными седельными тягачами (рис. 10), развивающими скорость до 70 км/ч. По маневренности последние значительно уступают скреперам с одноосными тягачами. Стремление увеличить производительность и эффективность работы скреперов привело к возвращению поездной возки, пригонявшейся 25 лет назад при скреперах малой емкости. В 1958 г. был создан одноосный тягач мощностью 880 кет (1200 л. с.) с двумя скреперами емкостью по 46 ж3, загружающимися поочередно или одновременно (рис. 11). Продолжается работа по уменьшению сопротивлений при работе скрепера. Неудавшаяся в 1937 г. попытка резко снизить сопротивление заполнению с помощью подвижного днища оказалась успешной при установке в ковше наклонного скребкового конвейера, приводимого от двигателя, который питается Рис. 10. Полуприцепной скрепер с двухосным седельным тягачом мощностью 410 кет (560 л. с.) и активной задней осью с двигателем мощностью 310 кет (420 л. с.), скорость до 70 км/ч Рис. 11. Скреперный агрегат емкостью 92 м3 с мотор-колесами и двумя двигателями по 440 кет (600 л. с.), скорость до 30 км/ч Рис. 12. Скрепер со скребковым конвейером для загрузки ковша: о —загрузка; б — разгрузка током от генератора, установленного на тягаче (рис. 12). В СССР разработан скрепер, в котором привод скребкового конвейера осуществляется при помощи гидромотора. Как показывает опыт, с установкой скребкового конвейера наибольшее тяговое усилие при'заполнении скрепера снижается на 20—25%. В настоящее время ведутся работы по созданию скреперов емкостью 75 и 100 мг. В табл. 2 приведены некоторые техникоэкономические данные современных скреперов. За последние 20 лет удельные мощности скреперов возросли в 1,5—1,7 раза для гусеничных тягачей и более чем в 2 раза для колесных. Почти в 1,5 раза увеличилась производительность, отнесенная к 1 м3 емкости скрепера. Наибольшая часовая производительность скрепера возросла в 3 с лишним раза и при дальности возки 500 м достигает 600—700 м3/ч, т. е. близка к производительности экскаватора с ковшом емкостью 8—10 м3. Значительные работы проводятся по изысканию наилучшей компоновки скреперов путем различного агрегатирования узлов и изменения положения кабины управления. Расположение кабины водителя впереди удобно для передвижения, но затрудняет наблюдение за наполнением ковша. При расположении кабины сзади в поле зрения находятся как ковш, так и дорога впереди. Однако необходимы еще специальные конструктивные меры, чтобы уменьшить в этом случае «мертвое пространство» дороги перед скрепером. Принимаются конструктивные решения, увеличивающие универсальность машин. Так, ковш скрепера устанавливают как сменное оборудование автогрейдера, тягач скрепера и автогрейдер снабжают отвалом бульдозера или рыхлителем (рис. 13). Создана оригинальная конструкция полупрцдепного скрепера к обычному короткобазовому двухосному тягачу с гидроуправлением. Увеличенный сцепной вес тягача позволяет развивать тяговое усилие 10 т при скорости 4,4 км/ч. Транспортная скорость достигает 54 км/ч. Тягач снабжается отвалом бульдозера. Этапы развития, характерные для скреперостроения, имели место и при создании современных бульдозеров, автогрейдеров и грейдер-элеваторов. Первым бульдозером можно считать деревянную доску с конной тягой. Сначала отвал бульдозера закрепляли к выступающему дышлу парной упряжки, которое опускалось и поднималось с помощью полиспаста, прикрепленного к хомутам лошадей. Современные конструктивные формы бульдозеров сложились в двадцатые годы нашего столетия. Мощность гусеничных бульдозеров возрастала по мере увеличения мощности серийных тракторов (табл. 3). С повышением мощности, массы и силы тяги трактора полнее использовалась сила тяжести в результате усовершенствования Т ехнико-экономические показа
Типы
Показатели
Прицепные к гусеничным тягачам
Емкость скрепера в м3 ....... Мощность тягача в кет ...... (л. С.) ...... Сила тяги в кн........... (т)........... Толкач: количествох мощность в кет (л. с.) Масса агрегата в т ........
(4,5)
15 100 (135) 130 (13) 0,2*Х1 00 0,2*Х 1 35 31+2,5 1 ,2 7,0 0,6
0,2*Х280. 1 ,2 7,5 0,8
0,2*Х280
1,2 6,0 0,4
4.0 0,3
Мощность агрегата в кет . . . (л. с.) . . . Количество рабочих ...... Средняя скорость возки в км/ч Средняя дальность вэзки в км .
260 (350) 1 ,2 8,0 1,0
Удельные значения: вес в т/л3 .... мощность в кет/м3 (л. с./м3)
(17,5)
(12)
(11,8)
1 ,8 8,3 (11,3)
1 ,4 7,3 (Ю)
Стоимость 1 м3 в %........ Производительность агрегата средняя в мя/ч.............. Производительность труда в л.3/чел
100
36
55
32
30
525
1840
28
255
1050
Производительность в: м*/ч
3,2
6.5
5,0
6,0
4,0
1 т м*/ч 1 кет мъ/ч м3 емк
* Дробное количество дано потому, что один толкач обслуживает несколько скреперов.
конструкции гусениц и увеличивалась мощность на 1 т массы. Применение с 1955 г. гидродинамической передачи'(гидротрансформатора), позволило упростить коробку передач и снизить число передач с 5 до 3, увеличив плавность и диапазон бесступенчатого регулирования скорости движения и силы тяги. Стремление повысить мощность тягачей для использования их в качестве бульдозеров, толкачей и рыхлителей привело к созданию сдвоенных тракторов мощностью до 550 кет (750 л. с.). Наши заводы серийно выпускают бульдозеры к тракторам мощностью 74, 100 и 200 кет (100, 140 и 300 л. с.). Эффективность увеличения мощности бульдозеров видна из-результатов испытаний бульдозеров мощностью 60—185 кет
Таблица 2 скреперов Полуприцепные к колесным тягачам Полуприцепные с активной 1 80 (18) 0,2*Х300 220Х 160 (300X220) 1 90 (19) 0,2*Х300 0,2*Х 4 70 16S (220) 1,2 20.0 1,0 2 60 (350) 1 ,2 18.0 1 ,0 370 (500) 1 ,2 18.0 1 ,2 500 (680) 1.2 18,0 1 ,5 800 (1 100) 1,2 30,0 800 (1 100) 1.2 28,0 2,0 530 (7 2 0 ) 1 ,2 25,0 2,2 1 ,9 1 7.5 (27) 1 ,3 12 (16) 1,7 17.5 (24) 23 ,0 (31) 1,5 11 ,6 (13,5) (80—250 л. с.) на строительстве канала Днепр — Кривой Рог при дальности перемещения грунта 50 м (табл. 4). тели современных скреперов
Чтобы повысить универсальность машины, были созданы различные отвалы и другие сменные приспособления (рис. 14). Оборудование бульдозера стало дополнительно устанавливаться на скреперы, автогрейдеры и экскаваторы, особенно выполненные на базе тракторов. Стремление увеличить маневренность с возможностью разгрузки грунта привело еще в 1940 г. к созданию бульдозера-ло-паты (рис. 15), которая послужила прототипом погрузчиков на колесном и гусеничном ходу. После появления первого прицепного грейдера с отвалом,
Таблица 3 Увеличение параметров серийных тракторов в США Параметры Максимальная (л. с.)..... мощность трактора в кет Масса трактора в т .......... Тяговое усилие на первой передаче в кн (m) Мощность на 1 т массы в кет (л. с.) . , Число передач переднего хода ...... Таблица 4 Сравнительные технико-экономические показатели работы бульдозеров Показатели ДЭТ-250 Мощность в кет. (л. с.)...... Масса в т............ Производительность в м3/ч...... Продолжительность цикла в сек . . . Производительность в ч/м,3 на: 1 кет . .... ..... 1 л. с....... . 1 т массы......... Расход горючего на 1 ла в г..... поворотным в плане на 45°, прошло несколько десятков лет и к началу нашего столетия конструктивные формы прицепных грейдеров и их типы уже сложились. Первый стальной грейдер, построенный в 1879 г. (рис. 15, а) по своей конструкции являлся прототипом грейдеров, работающих от тракторной тяги. Длина отвала была увеличена до 4,2 м, а масса до 10 т. С 1909 г. грейдеры начали уступать место самоходным машинам — автогрейдерам (рис. 16). Первый автогрейдер был построен в 1909 г. на базе сельскохозяйственного трактора и конного грейдера (рис. 16,6). В 1920 г. привод стали помещать сзади, чтобы улучшить видимость (рис. 16, в). Чтобы повысить сцепление и силу тяги, в 1928 г. применили двухосную тележку с ведущими осями, а колеса с металлическими ободами заменили массивными Рис. 14. Сменное оборудование к колесным и гусеничным тягачам: отвалы бульдозеров для гусеничных и колесных тракторов: / —неповоротный, 2— универсальный, 3 — совкообразный для легкого грунта, 4 — корчеватель-собиратель, 5 —- корчеватель и собиратель для очистки лесосек, 6 — корчеватель для мелколесья, 7 — для работы в каменистых грунтах и корчевки, 8 — с рыхлителем для обратного* хода, 9 — с откосником, 10— для работы в тяжелых грунтах, 11 — для нарезки траншей, 12 — с открылками для легких грунтов, 13 — грейферный для перемещения на расстояния свыше 50 м, 14 — для очистки строительной территории и дворов, 15 — кусторез, 16 — снегоочиститель, 17 — лесовал. Навесное оборудование: 18 — корчевщик для пней большого диаметра, /£ —толкающий буфер для скреперов, 20 — рыхлитель навесной, 32 — кран. Прицепное оборудование: 21 — рыхлитель, 22 — кулачковый каток, 23 — пневмокаток, 24 — одноосный скрепер с разгрузкой назад, 25 — двухосный скрепер с самосвальной разгрузкой, 26—двухосный скрепер с принудительной разгрузкой, 27 — землевозная тележка с Донной разгрузкой, 28 — грейдер, 29 — тележка для скалы С боковой разгрузкой, 30 — грейдер-элеватор, 31 — плужный канавокопатель, 33 — прицепной кран Рис. 15. Один из первых бульдозеров-лопат, прототип современного погрузчика

Рис. 16. Развитие конструктивных схем автогрейдеров
г)
резиновыми шинами (рис. 16, г), а затем пневматическими шинами (рис. 16, д). В 1937 г. был создан легкий двухосный автогрейдер на пневматических шинах с приводом на обе оси (рис. 16, е), а в 1942 г. — тяжелый трехосный грейдер со всеми ведущими колесами, получивший, однако, распространение только в конце пятидесятых годов (рис. 16, ж). Некоторые из перечисленных схем имеют еще значительное распространение (например, схема на рис. 16, е, применяемая для ремонтных легких автогрейдеров). Используются автогрейдеры на базе колесных тракторов, аналогичные схеме, приведенной на рис. 16, в, но с колесами'на пневматических шинах. Дальнейшим развитием таких машин, как автогрейдеры, является их универсализация в части оснащения сменным рабочим оборудованием скрепера, кирковщика-рыхлителя и грейдер-элеватора (см. рис. 13). Установка на автогрейдерах сменного оборудования бульдозера и скрепера является целесообразной еще и потому, что механизмы автогрейдера позволяют обеспечить принудительное заглубление отвала или скрепера. Применительно к скреперу, изображенному на рис. 13 (емкость скрепера 3 м3, автогрейдер мощностью 43 кет, общая масса со скрепером 7 т), это обеспечило возможность увеличить наполнение на 0,4 м3, т. е. почти на 15% теоретической емкости. В результате дальнейшего развития появились автогрейдеры с электронно-программным управлением. Грейдер-элеватор известен уже почти 100 лет. В 30-х годах нашего столетия производительность его достигала 500 м?/ч при массе 20 т. Он устанавливался на широких металлических колесах и работал с гусеничным трактором мощностью 67—74 кет (90—100 л. с.). Привод конвейера и всех механизмов осуществлялся сначала от колес машины, затем для этой цели стали использовать отдельные двигатели мощностью 14—18 кет (20—25 л. с.) и позднее электродвигатели, питаемые генератором, установленным на тракторе. Металлические колеса постепенно были заменены пневматическими. Отказавшись от прицепной конструкции, двигатель стали устанавливать на самом грейдер-элеваторе, осуществив, таким образом, принцип само-ходности. Современный грейдер-элеватор, выпускаемый в СССР, имеет дизель-электрический привод с индивидуальным приводом всех колес и механизмов от генератора переменного тока, установленного на дизеле мощностью 220 кет (300 л. с.). Применяются и полуприцепные конструкции грейдер-элеватора, а также сменное оборудование грейдер-элеватора к автогрейдеру (см. рис. 13). Принцип действия грейдер-элеватора был использован при создании так называемых стругов, появившихся в 40-х годах двадцатого столетия. В последних дисковый нож был заменен наклонным, косым в плане ножом шириной до 2 м, который соприкасался с ленточным питателем, расположенным вдоль машины и сбрасывающим грунт на поперечный конвейер. Эти машины, как и грейдер-элеваторы, весьма эффективны для работы в равнинной местности на связном нетяжелом грунте при фронте работ не менее 1 км. Ограниченность условий эффективного применения и сложнрсть осуществления проблемы отбора грунта, идущего от машины непрерывным потоком, сужает область использования таких машин. Из-за невозможности установить длинный конвейер, ухудшающий устойчивость машины, эти машины применяются только для отсыпки невысоких насыпей или сооружения выемок такой же высоты. Попытки установить на машине метатель пока не дали значительных результатов. Перспективы дальнейшего развития землеройно-транспорт-ных машин заключаются в дальнейшем увеличении их производительности, прежде всего в результате повышения мощности, которая в ближайшие годы будет увеличена для серийных машин до 1100—2200 кет (1500—3000 л. с.), а также скорости перемещения, которая для рабочих процессов уже теперь моЖет быть повышена до 8—10 км/ч, а для транспортирования — до 70—90 км[ч. Важная роль должна быть отведена вопросам резкого улучшения технологии рабочего процесса. У скреперов и бульдозеров это может быть достигнуто снижением сопротивления заполнению ковша и отвала путем улучшения их формы. Для всех машин важным направлением развития является универсализация, которая может быть обеспечена при увеличении числа различных съемных приспособлений, а также агрегатировании стандартных узлов машин для различной их компоновки. Это направление является основным средством повышения надежности и долговечности машин, сокращения сроков создания новой техники и резкого ускорения технического прогресса. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ I 1.    Какие машины относятся к землеройно-транспортным? 2.    На какие основные типы можно разделить землеройно-транспортные машины? 3.    Какими основными показателями характеризуется работа землеройнотранспортных машин? 4.    Перечислите, когда появились первые землеройно-транспортные машины и укажите их особенности, основные этапы и направления развития. 5.    Приведите технико-экономические показатели бульдозеров, скреперов. Глава II ОБЩИЕ ВОПРОСЫ УСТРОЙСТВА ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН И ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ § 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ МАШИН Каждая машина должна отвечать комплексу требований, зависящих от назначения машины, а также от современного уровня развития науки и техники. Конструктивные требования состоят в том, что машина должна быть производительна и надежна в работе, износоустойчива и долговечна, хорошо приспособлена к изменению условий работы, маневренна и подвижна. Кроме того, она должна иметь блочную конструкцию, быть легкой в управлении, простой в обслуживании, ремонте, монтаже, демонтаже и транспортировании. Эти требования в значительной мере зависят от использования в конструкции унифицированных узлов, нормализованных и стандартных деталей. Комплекс эксплуатационных требований включает технологические, производственные, экономические и социальные требования. Технологические требования заключаются в том, что качество выполняемых операций (предусмотренных технологическим процессом, для механизации которого машина предназначена) должно быть высоким. Производственные требования заключаются в том, что конструкция машины должна обеспечивать возможность применения прогрессивной технологии при ее изготовлении и сборке. Экономические требования заключаются в том, чтобы при изготовлении и эксплуатации машины расходовалось возможно меньшее количество материалов, средств, труда и времени, ot-несенных к единице ее продукции в течение всего экономически оптимального срока ее службы. Машина должна быть пригодна для работы в разных производственных условиях. Она должна быть дешева в эксплуатации и обеспечивать высокую производительность труда. Одним из основных требований к машинам является возможность получения минимальной энергоемкости, т. е. наименьшего расхода энергии на единицу объема разрабатываемого грунта или породы. При планировочных работах энергоемкость выражается в кет - ч/м2, а при разработке грунта — в кет • ч/мя. Социальные требования сводятся к тому, чтобы обеспечивать безопасность труда и удобство работы обслуживающего персонала. При этом предусматривается защита персонала от температурных воздействий, пыли, шума, вибраций и тряски, хороший обзор, автоматическая очистка смотровых стекол, удобное размещение контрольно-измерительной аппаратуры, красивые внешние формы машины, отделка и окраска. Основные из перечисленных требований определяются конструктивно-эксплуатационными параметрами машины. К последнему относятся: кинематическая и конструктивная схемы машины, использование унифицированных агрегатов и узлов, габарит машины, ее рабочие размеры, радиус действия, усилия, скорости и мощности рабочих движений, масса машины и ее основных узлов, общие и удельные нагрузки на грунт ходовых частей, производительность, расход энергии (горючего), усилий, и величины перемещения рычагов и педалей управления, проходимость, радиус поворота, устойчивость, металлоемкость и энергоемкость. Для предварительного определения многих из указанных параметров можно использовать метод подобия, приняв за исходные данные параметры выполненных машин лучших моделей. При этом должен быть учтен фактор времени, т. е. уровень развития техники. Конструктивно-эксплуатационные параметры машин зависят от особенностей агрегатов и узлов, из которых состоит машина. Основными частями-агрегатами любой строительной машины, и в данном случае землеройно-транспортной, являются рабочий орган, силовая установка, трансмиссия, ходовая часть, платформа или рама, система управления. Рабочий орган — это та часть машины, которая непосредственно выполняет рабочие операции: ковш скрепера или погрузчика, отвал бульдозера или автогрейдера, нож грейдер-элеватора, зуб рыхлителя и т. д. Конструкция рабочего органа определяется технологическим процессом, выполняемым машиной. От нее в значительной степени зависят конструктивно-кинематическая схема и конструкция машины в целом. Соответствие конструкции рабочего органа выбранному процессу и условиям работы имеет решающее значение для производительности машины. Рабочие органы должны легко подвергаться монтажу и демонтажу. Так как рабочие органы интенсивнее изнашиваются, чем другие элементы машины, то их следует делать такими, чтобы можно было без затруднений восстановить изношенную часть детали или заменить всю деталь. Силовая установка — это та часть машины, которая приводит в движение механизмы машины. Она состоит из двигателя, системы охлаждения этого двигателя (радиатор, водяная система, трубопроводы); если двигатель внутреннего сгорания, то системы питания (топливной системы) и системы регулирования двигателя. В силовую установку входит также подмоторная рама. Силовые установки машин, предназначенных для работы в районах со специфическими климатическими условиями (пустыни, районы с господствующими отрицательными температурами), оборудуются фильтрами, подогревателями и другими специальными устройствами. Силовая установка должна обладать большим моторесурсом, внешние характеристики двигателя должны соответствовать как условиям нагружения, так и атмосферным условиям (например, в районах с дефицитом воды двигатели должны иметь воздушное охлаждение). Удельный расход топлива должен быть незначительным. Трансмиссией называется та часть кинематической схемы машины, которая передает движение от двигателя к рабочему органу, ходовой части и другим устройствам машины. Трансмиссия должна обеспечивать необходимое передаточное отношение или бесступенчатое регулирование, а также реверсивный ход. Она должна иметь удобные и надежные смазочные устройства с применением, где это возможно и целесообразно, устройств одноразовой и автоматической смазки. Движущиеся части трансмиссии должны быть защищены. Ходовая часть служит для передвижения машины, поддержания рамы, несущей основную конструкцию машины, и передачи давления на грунт. В отличие от роторных траншейных экскаваторов, автомобильных кранов и других строительных машин, где ходовое оборудование состоит из движителя (устройства, сообщающего машине движение и передающего на грунт силу тяжести машины) и подвески, соединяющей движитель с корпусом машины, в землеройно-транспортных машинах подвески обычно отсутствуют, хотя весьма целесообразно для транспортных операций иметь такие подвески, которые выключались бы при процессе резания. От ходовой части требуется в первую очередь надежность и способность поддерживать не только статические, но и динамические нагрузки, так как иногда отдельные детали ходовой части воспринимают почти полную силу тяжести машины. Ходовая часть должна обладать высокой проходимостью. Рама несет на себе рабочий орган, систему управления и другие механизмы. Основное требование к раме — высокая прочность и жесткость конструкции. Система управления предназначена для управления и регулирования работы силовой установки, рабочего органа и вспомогательных устройств. От качества работы этой системы, в значительной степени зависят максимальная производительность и долговечность машины. Рабочие органы, силовое оборудование и ходовая часть во многих машинах могут быть сменными, что расширяет возможности использования машин и делает их более универсальными. Рис. 17. Пример блочной конструкции тягачей: а — одноосного, б — двухосного коротксбазового, в — двухосного длиннобазового, г—двухосного с шарнирноломающейся рамой, д — агрегата из двух одноосных тягачей, е — двухосного с шарнирноломающейся рамой и двумя двигателями; 1 — двигатель, 2— гидротрансформатор, 3 — карданный вал, 4 — коробка передач, 5 — ведущая ось В последнее время все чаще отдельные, в том числе и более мелкие, чем агрегаты, узлы выполняются так, что их можно легко заменить без разборки всей машины («блочный» метод конструирования), что -упрощает ремонт и обслуживание (рис. 17). Компоновка основных элементов определяет в значительной степени эксплуатационные возможности машины. Конструктивные и кинематические схемы Для общего представления о расположении элементов машины и их назначении обычно совокупность механизмов, посредством которых осуществляются движения машины или ее рабочего органа, изображается упрощенно в виде кинематической схемы (рис. 18). Такая схема показывает пути передачи движения от первого элемента привода ко всем остальным движущимся элементам. 2 Н. Г. Домбровский, М. И. Гальперин На кинематической схеме, как правило, не показывают взаимное положение движущихся деталей в пространстве. В конструктивной схеме схематически изображают не только взаимную связь деталей и узлов машины, но и сохраняют их взаимное расположение и кинематическую связь. Кинематические и конструктивные схемы помогают: 1.    Целесообразно разместить механизмы, т. е. обеспечить комплектность и удобство обслуживания, монтажа, ремонта и т. д. 2.    Выбрать число передач, обеспечивающее удобство управления машиной, и наиболее высокий к. п. д. этих передач. 3.    Осуществить наиболее простую схему управления машиной, легкость оперирования рычагами, сосредоточить управление у места машиниста. 4.    Установить наименьшее число реверсивных механизмов и деталей. При составлении кинематических схем нужно предварительно определить (ориентировочно) передаточное чидло механизмов, чтобы выбрать наиболее эффективные варианты передач. Кинематическую схему следует выбирать в зависимости от типа привода и конструкции двигателей. Не рекомендуется в одной кинематической цепи иметь ускорительные и замедляющие передачи. Конструктивная схема должна предусматривать простое и надежное выполнение рабочих операций, операций по обслуживанию и ремонту машины; при этом должны быть обеспечены минимальная масса машины и заданная долговечность. § 2. КОНСТРУКТИВНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН Производительность машины — величина, которая характеризуется количеством продукции, вырабатываемой в единицу времени, обычно в 1 ч. Различают следующие виды производительности. 1. Теоретическая (или конструктивная) производительность /7/с — производительность за 1 ч непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений, расчетном значении нагрузок на рабочем органе и расчетных условиях работы в условном материале. Для всех машин цикличного действия теоретическая производительность П к = 60 qn,    (2.1) где q — количество единиц продукции машины за один рабочий цикл (для бульдозеров, скреперов и грейдеров в ж3); п — количество рабочих циклов, выполняемых машиной в одну минуту; где t4 — продолжительность рабочего цикла в сек. Для машин непрерывного действия, выдающих продукцию непрерывным потоком, Пк ~ 3600Fv,    (2.3) где F — объем в мг или масса в т 1 пог. м потока продукции (материала); v — скорость движения потока продукции (материала) в м/сек. Для машин непрерывного действия, выдающих продукцию отдельными порциями, Як = 3600^,    (2.4) где / — расстояние между порциями продукции (материала) в ж; q' — объем или масса одной порции продукции. Расчетные скорости имеют место при использовании максимальной мощности двигателей. Расчетные нагрузки отвечают нормальному рабочему режиму. Расчетные условия отражают наиболее характерные для данной машины условия работы, на которые она рассчитана. Для скрепера это грунт средней крепости, естественной влажности при работе без преодоления подъемов. Теоретическая производительность является своего рода «модулем машины», не отражающим ее надежности и долговечности и пригодным только для предварительного сопоставления. Теоретическая производительность может быть превзойдена, если фактические условия работы легче расчетных. 2. Техническая производительность Лт — это максимально возможная для данной модели и в данных условиях производительность, которая достигается непосредственно в производственных условиях при непрерывной работе (без простоев). Она определяется правильно выбранным рабочим процессом, режимами работы и нагрузками на рабочие механизмы: ПТ = ПК- Кт    (2.5) где Кт — коэффициент, учитывающий конкретные условия работы. Обычно считалось, что коэффициент Кт близок к единице. Однако примеры работы многих передовиков производства показали, что величина Кт может быть значительно больше. Это объясняется тем, что теоретическая производительность определяется исходя из расчетны-х условий, скоростей заполнения рабочего органа и т. п. В действительности же все эти факторы могут иметь более высокие значения, чем предполагаемые при расчете. Исследования и опыт эксплуатации показали, что правильно определенная техническая производительность является пределом возможностей машины, которая не может быть превзойдена без внесения изменений в конструкцию (изменения рабочих скоростей, мощности двигателя и т. п.). 3. Эксплуатационная производительность П3 — это фактическая производительность с учетом всех перерывов в работе, .фактических или запланированных в рабочее время; она определяется технической производительностью и в большой мере — величиной простоев, вызванных организационными причинами и неполадками, а также требованиями эксплуатации и неисправностями, зависящими от организации работ, конструкции машин и квалификации обслуживающего персонала: Пэ --= Пт ■ К, ■ К,г    (2.6) Пэ = Пт-Ка,    (2.7) Кв—коэффициент использования рабочего времени машины; Кп —коэффициент использования производительности машины (коэффициент елияния качества управления, состояния машины и квалификации механика); Ки — общий коэффициент использования машины. Фактически величина К„ зависит от Кис — коэффициента использования рабочего времени машины в смену и от Кик — коэффициента использования календарного времени в году. При хорошей организации работы в среднем коэффициент %ис =0,75-^0,85, а величина Кп обычно близка к 0,95, Как = = 0,54-0,6, поэтому среднее значение Ки — 0,4-г0,5. Для оценки работы строительных машин часто пользуются определением годовой выработки, которая зависит от числа смен работы в году гг0д (обычно для землеройно-транспортных машин 1год принимается равным 200—300 рабочих смен в год), от числа часов в смене пч и уменьшения числа часов работы в предвыходные и предпраздничные дни, учитываемого коэффициентом К год : ^ год Пm ^год^ч^год^и'    (2.8) По количеству обслуживающего персонала и по    величине Пгод определяется средняя выработка на одного    рабочего, Равная В д лР/чел.-смену,    (2.9) где Ир — среднее за год количество рабочих, обслуживающих машину в течение смены с учетом всех вспомогательных работ. Затраты труда на единицу продукции Туд являются величиной обратной Вуд: Туд = --god”g— чел. -смену/м3.    (2.10) Маневренность машины—это способность ее работать и передвигаться в стесненных условиях, а также разворачиваться на месте. Иногда маневренности придают более широкое значение, отвечающее скорее свойству, называемому подвижностью. Подвижность машины — способность машины передвигаться как по строительному участку, так и вне его. Подвижность определяется скоростью движения (рабочей и транспортной), проходимостью, устойчивостью при движении и работе, габаритом машины и другими параметрами. Проходимость машины — способность преодолевать различные неровности местности, соизмеримые с размерами ее ходовой части, проходить не увязая и не застревая по влажным и рыхлым грунтам, преодолевать неглубокие водные преграды. Проходимость определяется силой тяги, удельным давлением на грунт, величиной дорожного просвета (клиренса), углами переднего и заднего свеса, а у машин с колесным ходом — числом ведущих осей, диаметром, числом и расположением колес, давлением и протектором шин, продольным и поперечным радиусами проходимости, минимальным радиусом поворота. Для машин с двухгусеничным ходом среднее удельное давление на грунт где G — масса машины в кг; а — ширина гусеницы в см\ L — длина опорной поверхности гусеницы в см. Однако оценивать проходимость машины по среднему давлению на грунт нельзя, так как среднее давление отвечает условиям, когда центр тяжести машины и результирующая от внешних сил расположены симметрично относительно гусениц. Фактически эти силы расположены несимметрично, что приводит к повышению в несколько раз удельных давлений по сравнению со средними значениями. Кроме того, поверхность действительного контакта гусениц с грунтом зависит от характера поверхности грунта и его свойств. Во многих случаях действительная поверхность контакта меньше площади гусениц, что также повышает удельное давление по сравнению со средним значением рер. Например, если величина смещения равна ‘/б длины опорной поверхности гусеницы, то величина максимального удельного ДавЛеНИЯ Ртах = 2/7ср. У колесных машин с пневматическими шинами величина удельного давления зависит от жесткости покрышки пневматической шины, давления внутри, шины и физико-механических свойств грунта. Величина р для этого случая определяется по приближенной формуле Р = k ■ qe    (2.12) где q„ — давление воздуха в шине в н/ж2; k — коэффициент, учитывающий влияние жесткости покрышки пневматической шины (k = 1,24-1,25). Чтобы обеспечить проходимость машин при бездорожье по слабым грунтам, удельное давление должно .быть не больше 100 кн/м2 (104 кГ/м2). Во многих конструкциях современных машин на колесном ходу применяется устройство, позволяющее регулировать давление в шинах на ходу в зависимости от того, по каким грунтам проходит машина. Дорожный просвет (клиренс) представляет собой расстояние от самой нижней точки машины (оси, картера и т. п.) до поверхности дороги. От величины’дорожного просвета С зависит способность машины двигаться по местности. Обычно эта величина равна 0,28—0,45 м. Для колесных машин одна величина С не может характеризовать проходимость в тех случаях, когда на пути машины встречаются неровности. Поэтому проходимость оценивают дополнительно двумя величинами: продольным радиусом проходимости pi и поперечным радиусом проходимости р2 (рис. 19). Величина pi есть радиус окружности, которая проходит через самую низкую точку шасси и касается переднего и заднего колес. Величина рг есть радиус окружности, также проходящей через низшую точку шасси, но касающейся внутренней боковой поверхности колес. Для большинства современных машин pi = 8-M0 м, рг = = 1,25^-1,35 м. Способность машины преодолевать канавы и другие неровности местности определяется, помимо силы по сцеплению, еще положением ее центра тяжести, конструкцией и размерами ходовой части, а также углами въезда и съезда. Для колесных машин наибольшая ширина преодолеваемой канавы составляет около половины диаметра колеса, а для гусеничных машин она зависит от длины'гусеничного хода и равна приблизительно 0,4 длины опорной поверхности гусеницы. Рис. 19. Дорожный просвет, продольный и поперечный радиусы проходимости колесных машин Проходимость машины зависит от ширины дороги и радиусов поворотов. Эти величины характеризуют так называемую ширину габаритного коридора. Последняя имеет особенно большое значение при перевозке тягачами машин большой длины. Ширина габаритного коридора, отвечающая проходимости машины, может быть легко определена графическим путем, как показано на рис. 20. Это построение производится следующим образом. По известному предельному углу поворота управляемого колеса машины сч находим центр поворота О. На прямой, соединяющей точку О с центром шарнира прицепа К, как на диа- метре, строим полуокружность радиусом, равным-— . От центра шарнира прицепа делаем на проведенной полуокружности засечку радиусом, равным расстоянию от центра шарнира до оси колес прицепа, т. е. КМ = КМ\. Соединив точки К и М\, вычерчиваем пунктиром контур прицепа. После этого строим окружности радиусом R\, касательную к колесу прицепа, и радиусом R2, касательную к колесу машины. Величина А есть величина габаритного коридора. Эта величина должна быть всегда меньше ширины дороги на прямых участках и уширения дороги, которое делается на кривых участках. Устойчивость машины. На практике приходится иметь дело с двумя условиями устойчивости: а) когда машина перемещается и не встречает рабочих сопротивлений (обычно в условиях транспортирования) и б) когда машина осуществляет ра- Рис. 20. Графическое определение ширины габаритного коридора бочие процессы как при ее перемещении, так и при стоянке на месте; при этом на машину действуют силы рабочих сопротивлений. Устойчивость машины при перемещении определяется возможностью ее движения на подъемах, спусках и косогорах, беч опасности опрокидывания. Если опустить перпендикуляр из центра тяжести машины на опорную поверхность и соединить центр тяжести с точками, вокруг которых возможно опрокидывание машины (рис. 21), то углы и а,2 будут характеризовать продольную устойчивость машины, а углы Pi и Рг — поперечную устойчивость. Чтобы машина не опрокидывалась, необходимо, чтобы углы уклона местности аир были всегда меньше, чем углы аь «2, 0ь Рг на величину, обеспечивающую запас устойчивости, учитывая влияние инерционных сил, движение по кривым, а также смятие шин и грунта под ними. Углы сц и аг для колесных машин обычно составляют 40—45°, углы Pi и р2— 25—30°. Для гусеничных машин углы ai и а2 равны 45—50°, а углы Pi и fb — 30—35°. Величина смятия грунта и дополнительного наклона машины может определяться по коэффициенту смятия. Как показали исследования ВНИИСтройдормаша, указанные выше зависимости устойчивости землеройно-транспортных машин недостаточны для определения устойчивости прицепных и полуприцепных машин.
Рис. 22. Схема для определения устойчивости машин с одноосным тягачом
При одноосных тягачах в этом случае на устойчивость машины влияют, кроме величины угла наклона р в плоскости, перпендикулярной движению машины, расстояние D (рис. 22) от оси задних колес до оси шарнира, величина смещения шарнира dT относительно центра тяжести тягача, ширина колеи 2В, высота центра тяжести системы Нс. Чтобы машина не опрокидывалась, необходимо, чтобы угол Р при постоянных параметрах машины был не больше некоторой заранее подсчитанной критической величины $кр при а. , где апр — угол поворота в горизонтальной плоскости, при котором имеется наибольшая опасность опрокидывания. Эти углы (без учета динамики) могут быть определены из следующих зависимостей: dfi {1    ^т)1 d'p * k'p $кр = arc tg -~—Т T ,    (2.13) где
dn = В • sin anp — rn ■ cos anp, Vdz + B* ° B
a„r = arc sin    -+ arctg— ,    (2.14) p
здесь PT — сила тяжести тягача; P — сила тяжести всего агрегата. К конструктивным характеристикам машины следует также отнести удельную металлоемкость и удельную энергоемкость. Удельная металлоемкость машины — показатель, обычно вы--ражаемый в виде массы машины, отнесенной к емкости рабочего органа, например ковша скрепера, к мощности двигателя, к производительности. Удельная энергоемкость машины — отношение мощности двигателей машины к емкости рабочего органа, или производительности: и N''    м N N.,a = — или Nvg =—. W    у Пк § 3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ КОНСТРУКЦИИ, УНИФИКАЦИИ И СПЕЦИАЛИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН До последнего времени многие машины проектировались без достаточного использования уже разработанных конструкций узлов и агрегатов машин, созданных в других областях техники. Это приводило к тому, что конструктор проектировал большинство узлов и агрегатов заново, что являлось весьма неэффективным. Первые землеройные машины были прицепными, они изготовлялись для работы с тракторами и тягачами сельскохозяйственного и промышленного назначений. Для полуприцепных машин уже создавались специальные тягачи, например одноосные. Такие тягачи из отдельного самостоятельного агрегата стали представлять неотъемлемый агрегат машины, конструктивно с ней связанный. При переходе к самоходным машинам требования к агрегатированию, т. е. правильной компоновке узлов машины и тягача, еще более повысились. Современные землеройно-транспортные самоходные машины на базе колесных тягачей имеют значительные технико-экономические преимущества перед другими машинами. Так, производительность самоходных колесных строительных и дорожных машин-скреперов, бульдозеров, землевозов, в особенности работающих по цикличному графику, в 1,5—2 раза выше, чем у ана-логичных прицепных машин к гусеничным тракторам. Благодаря повышенным транспортным скоростям (до 30—50 км/ч против 8—12 км/ч у гусеничных машин) колесные машины более мобильны и могут использоваться в 1,2—1,5 раза полнее, чем гусеничные, а себестоимость выполняемых ими работ при этом в 1,2—2,6 раза меньше. Однако по проходимости колесные тягачи, при соответствующих, шинах незначительно уступают гусеничным машинам обычного исполнения. Металлоемкость колесных самоходных машин примерно в 1,5—2 раза меньше, чем прицепных машин с гусеничными тракторами. Все это говорит о том, что основная часть парка землеройнотранспортных машин должна базироваться на колесных машинах, причем это же положение распространяется на другие строительные машины и машины для аналогичных транспортнотехнологических работ, применяемых во многих отраслях народного хозяйства. В отличие от принятого в настоящее время автомобильного транспорта специальный технологический транспорт, использующий базовую машину — тягач в тяжелых дорожных и климатических условиях, имеет довольно высокие технико-экономические показатели. Универсальность, дешевизна, простота обслуживания и высокие технические параметры колесных тягачей приведут к качественному сдвигу в разработке и эксплуатации землеройнотранспортных машин. Анализ требований, предъявляемых к машинам в различных отраслях народного хозяйства, показал, что существует возможность конструктивно оформить базовую машину, удовлетворяющую требованиям широкого использования ее в народном хозяйстве. Основная масса этих машин, в том числе и землеройно-транспортных, может быть создана на ограниченном количестве типов базовых машин, оснащенных навесным, полуприцеп-ным или прицепным рабочим оборудованием. При проектировании и выборе машины для эксплуатации необходимо исходить из оценки качественного уровня и качества самой машины. Качественный уровень определяется параметрами производительности, в значительной степени зависящими от средней по парку мощности машин, их качества, стоимости, размеров, эксплуатационных затрат, технического уровня эксплуатации, ремонта и организации работ. Качество оборудования определяется его технической производительностью, отнесенной к единице массы и мощности; надежностью, определяемой длительностью непрерывной работы с заданной производительностью в заданных условиях; долговечностью узлов и деталей, определяемой длительностью их работы до капитального ремонта или замены; эксплуатационными качествами; универсальностью применения; расходом на единицу продукции энергии, эксплуатационных материалов, запасных частей; стоимостью ремонтных работ; продолжительностью простоев, вызванных техосмотрами, ремонтом. Качество оборудования, технический уровень, простота и удобство эксплуатации и ремонта определяются в первую очередь унификацией и стандартизацией агрегатов и узлов. В значительной степени от них зависит и организация работ. В настоящее время оборудование для механизации трудоемких работ в различных отраслях народного хозяйства создается о т р а с л е вым способом, начиная с на*чно-исследователь-ских работ, проектирования и изготовления опытных образцов и кончая серийным производством. В условиях все возрастающей потребности в машинах это приводит к насыщению народного хозяйства огромным количеством машин индивидуальной конструкции. При этом машины аналогичного и даже одного назначения, применяемые в различных отраслях народного- хозяйства, нередко отличаются конструкцией агрегатов, узлов и деталей. Такая организация производства противоречит современным научным взглядам на механизацию и автоматизацию, основанным на общности многих физических процессов и операций, выполняемых в разных отраслях народного хозяйства, а также значению стандартизации. В результате указанных последствий отраслевого метода создания машин неоправданно индивидуальной конструкции недопустимо затягивается освоение большинства строительных машин, в том числе и землеройно-транспортных. Целесообразность отраслевого изготовления имеется только-для рабочего оборудования, однако и для него должны быть использованы многие унифицированные и стандартные узлы н детали специализированных производств. При этом все виды производств должны быть взаимоувязаны по типажам между собой, а каждое из них — с отраслевыми требованиями, построенными на изучении отраслевой технологии в условиях механизации и автоматизации производства. Между тем, если объединять машины по виду выполняемых ими технологических процессов, то большая группа машин может быть объединена в класс самоходных колесных- машин — орудий для механизации трудоемких работ. Даже такие, казалось бы, отличные в разных отраслях и производствах операции, как взаимодействие рабочего органа со средой (напр., обработка и переработка материалов), сводятся при всем своем многообразии к операциям резания, измельчения, перемешивания, прокатки и прессования материалов. Вспомогательные операции также часто имеют много общего — это либо зачистка и отделка поверхности, либо подача материала или емкости, либо уборка попутных продуктов процесса и очистка рабочего места и оборудования. Таким образом, все многочисленные рабочие органы машин должны быть по назначению сведены в несколько групп, для которых могут быть разработаны оптимальные кинематические и конструктивные схемы с унифицированными' и стандартизированными в значительной степени элементами и рабочими органами, кузовами, прицепами или полуприцепами. С другой стороны, все машины определенной группы состоят из очень небольшого количества основных узлов: рабочего оборудования» двигателя, трансмиссии (редукторов, муфт, коробок передач, преобразователей), рамы, мостов с колесами и шинами, управления и кабины. Общность технологических процессов многих трудоемких работ, аналогичный состав узлов машин для их выполнения приводят к возможности, унифицировав основные узлы машин путем агрегатирования этих узлов (рис. 23), в короткие сроки создавать разнообразные машины для народного хозяйства, максимально снижая массу агрегатов, узлов и деталей индивидуального производства. При правильном определении и выборе экономически обоснованных пределов унификации и стандартизации конструкции и типоразмеров базовых узлов и небольшом количестве этих узлов вопросы механизации могут решаться на совершенно новой прогрессивной основе. Например, в строительстве, погрузочно-разгрузочных работах и автомобильном транспорте до 70% парка машин этих отраслей может быть изготовлено



CO


я
CO

о



I
0    а 1    >Я Ф 1 о а* Я М Н <у




£ ё.


3    2.^ n 3    ж ^ O со    -о ca •в    V a» ^    g&4 V (D ч X    л с a 3    4 a. M Я    н * | H    ce w 1 Cl.    a О    % Я * - « со | а« £- 1 ё£ *7 ^ 5 и
1 2 ч 2 « сг> ® я о =? о 2 S -Г 4> СО О. П у <L> , et I I "o'§ -- £ CO X Ш Я Я
5* " ? I ** &’«■ ^    M Л 1 '* \o Ъ%Щ
2    о
л о    и
К    со
0    Я    eg (- Н л
- о    2
Й О    ef
ft О    R
1    О    я I *    со
Оси
S    ^    ш Я    _ cn    gj S    ^ о*    5 Ш    <1) Ф    S о    « [=1    <U О.    2 та    и
<и , 1
со
5 «
со
«
& *    к 1 с ч I VO d
я X.
о о a & £
путем агрегатирования небольшого числа унифицированных и стандартных узлов: сменного рабочего оборудования, двигателя, трансмиссии, рамы, мостов с колесами управления. Всего при 13 типоразмерах этих узлов можно создавать машины и тягачи мощностью от 4—4,5 кет (5—6 л. с.) для мелких ручных операций и до 1800—2200 кет (2500—3000 л. с.) для наиболее массовых, в том числе для землеройно-транспортных работ, а также автомобили грузоподъемностью до 105 т, а с полуприцепами до 370 т. При переходе на метод агрегатирования осуществляются следующие преимущества. Серийность узлов возрастает в десятки, а деталей в сотни раз, создавая условия для автоматизации производства и повышения качества, надежности, долговечности и снижения стоимости изделий. Заводы могут проектироваться для изготовления не конкретных машин, а машин и агрегатов определенных классов — типоразмеров, что позволяет быстро перестроить производство на новые прогрессивные конструкции. Возрастает в несколько раз использование производственных мощностей. Уровень специализации производства может быть повышен с 10—12% до 60—70%. Сроки освоения новых машин сокращаются в несколько раз (до 1,5—2 лет). Создаются условия для развития машин универсального применения в результате большего количества сменных рабочих приспособлений. Это дает возможность использовать при кратковременных пиках загрузки оборудования весь парк машин данного экономического района. Обеспечивается .возможность резкого повышения производительности и использования машин путем сокращения их простоев на ремонт и техническое обслуживание. Резко снижаются расходы на ремонт и запасные части, упрощается организация работ. § 4. ПОНЯТИЕ О ТИПАЖЕ (ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ РЯДЕ] В связи с расширяющейся номенклатурой машин для выполнения операций одного вида очень важно выбрать такую машину, которая больше соответствует данным условиям работы; в то же время необходимо ограничить номенклатуру минимально необходимым рядом машин, чтобы увеличить серийность выпуска и обеспечить не только их производство, но и разумную эксплуатацию. Для этого разрабатывается типаж машин. Необходимость разработки и внедрения типажа диктуется также необходимостью планировать очередность и техническое развитие машин. Теоретической основой установления ряда параметров типажа должна быть система предпочтительных чисел, связывающих математической зависимостью включаемые в ряды параметры, размеры и основные характеристики машин. В соответствии с рекомендацией международной организации по стандартизации (ИСО) ГОСТ 8032—56 установлены предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел. В типаже строительных машин обычно применяются ряды с показателем геометрической прогрессии 1,6, реже— 1,25. При разработке типажа производится технико-экономический анализ нормативных объемов работ, прогрессивных технологических схем, существующих'конструкций машин, определяются базовые модели и их конструктивные схемы, предварительно выясняются возможные пределы рациональных унификаций-узлов и деталей и проверяется экономическая целесообразность возможных вариантов построения ряда типоразмеров. Для решения этой трудоемкой и ответственной задачи привлекаются высококвалифицированные научные силы и используются счетнорешающие электронные машины. При разработке типажа выбирают и обосновывают параметры, определяющие типоразмер машин и значение этих параметров для выбора наиболее эффективных методов и рационального подбора комплектов машин, требования конструкции в части прогрессивности показателей и возможностей органщации рационального производства и требования эксплуатации в смысле удобства обслуживания и ремонта. Для машин массового применения и для машин индивидуального производства должен иметь место совершенно различный подход при решении вопроса о типаже. Главным параметром типоразмера должен являться основной, определяющий эксплуатационную характеристику машин показатель, например производительность, масса, мощность, нагрузка на ось. Реже им могут служить такие показатели, как емкость, грузоподъемность, рабочие скорости и т. д. Кроме главного параметра, задаются вспомогательные, которыми являются важнейшие показатели характеристики машины. При разработке типажных требований необходимо предусмотреть перспективные планы внедрения новых конструктивных материалов и улучшения старых, что должно отразиться не только на надежности и долговечности машин, но, очевидно, и существенно повлиять на их кинематику, габаритные размеры и массу. Типажом должны быть установлены для всех машин границы применения приводов различных систем, в том числе систем переменного тока, постоянного тока по системе Г—Д с МУ (магнитным усилителем) или ионным приводом, а также смешанных систем переменного и постоянного тока, гидроприводов и дизельных приводов с механической, гидравлической и электрической передачами. При этом необходимо учитывать, что для электроприводов перспективным является ионный привод, а для гидроприводов ■— объемный привод и привод с высокомоментными двигателями, а также, что дизельный привод должен постепенно уступать место газовым турбинам. Типаж машин должен учитывать требования надежности и долговечности машин, сокращение многократных ремонтов, стоимость которых за срок службы машины в несколько раз превышает стоимость новой машины. В типаже машин должны быть учтены вопросы техники безопасности и комфортабельные условия работы обслуживающего персонала, а также, в случае необходимости, требования дистанционного и автоматического управления. Типаж машин должен также предусматривать обязательное укомплектование машин приборами автоматического учета их работы с количественной и качественной оценкой выполненной работы и выдачей информации по суммирующему принципу с первичной обработкой данных учета. Унификация узлов и деталей должна проводиться в основном после разработки типажа, однако уже при разработке типажа должны быть сформулированы параметры и условия, благоприятствующие дальнейшей работе по унификации узлов и деталей. Исходя из анализа влияния технологии транспортных и трудоемких работ на основные параметры машин, можно разделить машины специального назначения и транспортные средства единого типажа на группы базовых машин, объединяющие: 1.    Работы самого разнообразного объема, требующие высокой маневренности при отсутствии частых реверсивных движе ний (челночной схемы работ) с большим удельным весом транс портных операций на расстояния 1 —10 км в смешанных услс виях, в основном при бездорожье. Рекомендуемая базовая машина — одноосный колесный тягач мощностью 4,5—2200 кет (6—3000 л. с.). 2.    То же, при частых реверсивных движениях — двухосный колесный тягач той же мощности. 3.    То же, что в п. 2, но на расстоянии до 200 м для работ малого объема и 500 м для работ большого объема — гусеничный тягач (трактор) мощностью 4,5—1180 кет (6—1600 л. с.). 4.    Работы самого разнообразного объема, требующие высокой маневренности и частых реверсивных движений с очень тяжелым тяговым режимом при нагрузке от сменного рабочего оборудования, достигающей 80—100% массы машин, при работе по бездорожью и небольшом удельном весе транспортных работ. Рекомендуемая базовая машина — двухосный колесный короткобазовый тягач мощностью 4,5—2200 кет (6—3000 л. с.). 5.    То же, при особо высокой маневренности и нагрузке сменного оборудования, не превышающей 40% от массы машины,— двухосный колесный тягач с шарнирной рамой мощностью 75— 1180 кет (100—1600 л. с.) (сдвоенный одноосный тягач). 6.    То же, в особо тяжелых условиях бездорожья —■ гусеничный тягач (трактор) мощностью 4,5—1180 кет (6—1600 л. с.). 7.    Работы среднего объема, ,требующие хорошей тяговой характеристики и длительной работы на низших передачах в средних и плохих дорожных условиях при небольшом удельном весе транспортных операций — спецшасси мощностью 75—460 кет (100—630 л. с.). 8.    Работы разнообразного объема с очень малыми рабочими скоростями движения (так называемыми «ползучими») или при длительной работе на месте и невысоких транспортных скоростях для переброски машин и большой нагрузкой от сменного оборудования, достигающей массы машины, — автомобиль, спецшасси, седельный двухосный или одноосный тягачи мощностью* 4,5—1180 кет (100—1600 л. с.). 9.    То же, в очень тяжелых условиях бездорожья — гусеничный тягач (трактор) той же мощности с переброской на трейлере. 10.    Работы малого объема транспортные и с превалирующим' удельным весом чисто транспортных операций, скоростями движения до 80 км!ч по грунтовым дорогам среднего и хорошего качества — автомобиль двухосный с нагрузкой на ось до 6 т при грузоподъемности до 7,5 т и-седельный тягач на его базе грузоподъемностью до 16 т. 11.    То же, при дорогах плохого качества со скоростью движения до 50 км/ч ■— автомобили с такой же осевой нагрузкой трехосные и четырехосные для хороших дорог грузоподъемностью соответственно до 12—15 т. 12.    Работы среднего объема транспортные и с превалирующим удельным весом транспортных операций, скоростями движения до 110 км/ч по дорогам с усовершенствованными покрытиями— автомобиль двухосный с нагрузкой на ось 10 т Для грузоподъемности до 12 т и седельный тягач на его базе с полуприцепом грузоподъемностью до 24 т. 13.    То же, при дорогах с покрытиями низкого качества со скоростью движения до 50 км/ч — автомобиль с такой же осевой нагрузкой трехосный и четырехосный с нагрузкой для хороших дорог соответственно 20 и 25 т. 14.    Работы большого объема транспортные с превалирующим объемом транспортных работ внедорожных (карьерные и им подобные) — автомобили двухосные с нагрузкой на ось 15,. 20, 30, 40 и 50 т, грузоподъемностью соответственно 18, 25, 45 и 80 т, седельные двухосные тягачи на их базе с полуприцепами грузоподъемностью соответственно 50, 70, 100, 140 и 180 г, седельные трехосные тягачи на их базе с полуприцепами грузоподъемностью соответственно 100, 140, 200, 250 и 350 т, мощностью до .2200 кет (до 3000 л. с.). Для всех видов работ можно ограничиться семью базовыми машинами, каждый из типоразмеров которых построен на одной базовой машине: одноосный тягач мощностью 4,5—2200 кет (6—3000 л. с.); двухосный короткобазовый тягач той же мощности; двухосный седельный тягач мощностью 75—2200 кет (100— -3000 л. с.); трехосный седельный тягач такой же мощности; двухосный автомобиль грузоподъемностью 3,5—80 г; трехосные автомобили грузоподъемностью 5,5—100 т; четырехосные автомобили грузоподъемностью 15—150 т. Все эти машины, образующие единый типаж тягачей, тракторов и автомобилей, могут быть собраны из одних и тех же унифицированных узлов массового производства автотракторной промышленности с незначительным количеством специальных узлов. На базе таких тягачей, путем агрегатирования, может быть изготовлено до 80% землеройно-транспортных машин, а остальные могут быть созданы из унифицированных узлов тех же тя-тачей и рабочего сменного оборудования. § 5. СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТРАНСМИССИИ 1. Общие сведения Как было сказано раньше, силовое оборудование или привод состоит из двигателя, системы охлаждения, топливной системы, системы управления и регулирования двигателя. В различных видах силового оборудования может не быть некоторых из перечисленных агрегатов. На каждой землеройно-транспортной машине необходим привод основного движения — хода машины, которым обеспечивается резание грунта и заполнение рабочего органа, а также привод механизмов управления поворотом машины и рабочим -органом — опусканием и наполнением его для заглубления и вы-глубления, а у ковшовых машин еще управления опусканием и подъемом заслонки и разгрузкой ковша. На землеройно-транспортных машинах применяются следующие виды приводов: двигатели внутреннего сгорания с механической трансмиссией: комбинированные приводы — дизель-электрические, дизель-гидравлические и дизель-электрогидравлические. В процессе работы рабочие органы землеройно-транспортной машины испытывают сопротивления. Эти сопротивления преодолеваются силовым оборудованием, приводящим в движение трансмиссию, рабочее и ходовое оборудования машины. Поэтому силовое оборудование часто называется приводом. В соответствии с технологией работы машин нагрузки на рабочий орган и все механизмы управления, а следовательно, и на привод являются переменными и имеют разную степень неравномерности. Характер изменения нагрузок определяет режим работы машины и ее привода и влияет на выбор последнего. Режим работы машины определяется колебаниями нагрузки по величине и времени, т. е. величиной и частотой амплитуды колебаний, продолжительностью нагрузки, количеством и коэффициентом включений скоростью и ускорением движений, реверсивностью, продолжительностью непрерывной работы. В соответствии с этим различают четыре режима нагрузок (рис. 24). Первый (рис. 24, а) — машины с легким режимом работы (отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,1— 1,3), постоянной скоростью и нереверсивностью рабочих движений при коэффициенте включения до 100, числе включений 20—30 в 1 ч, редко доходящем до 50. К ним относятся бетономешалки, растворомешалки, цилиндрические грохоты, конвейеры, центробежные насосы, компрессоры и воздуходувки. В качестве силового оборудования для этих машин пригодны все типы привода. Второй (рис. 24, б) — машины со средним режимом работы (отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5—■ 2,5), характеризующийся наличием частых и резких пиков при переменной скорости нереверсивного или относительно редко реверсируемого движения при коэффициенте включения, не превышающем 100, и числе включений до 200 в 1 ч. Сюда относятся прицепные и полуприцепные скреперы, тягачи скреперов с дизель-гидравлическими и дизель-электрическими трансмиссиями, грейдер-элеваторы, струги, камнедробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики. Третий (рис. 24, в) — машины с тяжелым режимом работы (отношение максимальной нагрузки к средней 2—3), отличающийся наличием частых (иногда через 15—20 сек) и резких пиков при непрерывно изменяющейся скорости реверсивного движения при коэффициенте включения до 80 и числе включений 1 Коэффициент включения — отношение продолжительности работы под «агрузкой ко всему рабочему времени в %.
50

Рис. 25. Внешние характеристики приводов: ■а — для электродвигателей; 1 и 4 — электродвигатель постоянного тока в системе ТГ-Д, 2 — электродвигатель постоянного тока при реостатном управлении, 3 — электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, б — для двигателей внутреннего сгорания; 5 — карбюраторный двигатель, 6 — дизель, 7 — дизель с гидротрансформатором
100 150 100 % 0 50 100 % Скорость    Скорость а)    6)
1000 и более в 1 ч. К ним относятся одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и тягачи скреперов и самоходные скреперы с механическими трансмиссиями и другие машины. Четвертый (рис. 24, г) — машины с очень тяжелым режимом работы ударного или вибрационного действия, число нагружений двигателей- вибрационных машин в 2 раза больше частоты колебаний. %
Силовая установка выбирается в зависимости от режима работы, а иногда и в зависимости от кинематической и конструктивной схемы машины. Каждый тип привода отличается формой внешней характеристики, т. е. зависимостью крутящего момента М от скорости вращения (числа оборотов п) (рис. 25). Чем меньше угол, образуемый ветвями кривой внешней характеристики с осью ординат, тем характеристика более «мягкая». Чем больше приближается этот угол к 90°, тем характеристика более «жесткая». Чем «мягче» характеристика, тем шире пределы использования наибольшей мощности двигателя, больше пределы регулирования и выше способность «саморегулирования», т. е. способность автоматически снижать число оборотов
при перегрузке с плавным увеличением крутящего момента или увеличивать число оборотов при снижении нагрузки. Такая характеристика выгодна при очень тяжелом режиме работы при динамических нагрузках. Однако наибольшая мощность двигателя, достигаемая при мягкой характеристике (если все характеристики построены так, что пересекаются в общей точке Мп, отвечающей необходимому для машины номинальному моменту) меньше, чем у более жесткой характеристики. При «жесткой» характеристике диапазон использования максимальной мощности двигателя менее широк, регулирующие возможности ее ниже. Она применяется при отсутствии резких внезапных нагрузок, так как при изменении нагрузки почти не меняется число оборотов. Для копания грунта скрепером или бульдозером, казалось бы, выгоднее всего применять двигатели жесткой характеристики, в частности электродвигатель переменного тока с коротко-замкнутым ротором (кривая 3 на рис. 25, а), так как при этом можно резко повысить развиваемые моменты. Однако при использовании двигателей с такой характеристикой значительно затрудняется управление. Если применить для этой цели дизель с гидродинамической трансмиссией (с гидротрансформатором), имеющей мягкую характеристику, то при чрезмерном заглублении ковша или отвала или встрече более твердой прослойки грунта для водителя становится заметным уменьшение скорости движения машины вследствие падения числа оборотов ведомого вала гидротрансформатора. Водитель может, уменьшив подъемным механизмом толщину стружки, избежать режимов стопорения (или близких к стопорению) и работать на оптимальном режиме, соответствующем использованию максимально;^ мощности двигателя. Если в соответствии с загрузочной диаграммой в процессе рабочего цикла необходимая мощность увеличивается более чем в 1,5 раза на длительные периоды, в течение которых невозможно преодолеть это увеличение путем перегрузки и использования инерционных устройств, или машина имеет отдельные механизмы, длительно работающие одновременно, то иногда устанавливают 2 и более основных двигателей внутреннего сгорания. Применяют также два двигателя, когда отсутствует один двигатель необходимой мощности. В последнем случае 2 двигателя работают на один вал. Одномоторный привод несколько дешевле в изготовлении, но не обеспечивает точного и постоянного или регулируемого распределения мощности и момента между приводимыми механизмами. Это приводит к утяжелению механизмов, часто к случайному распределению мощности, перегрузкам отдельных механизмов и двигателя, применению большого количества управляемых муфт и затрудняет выполнение конструкции из блоков. Многомоторный, особенно индивидуальный, привод свободен от указанных недостатков, позволяет регулировать работу каждого механизма независимо от остальных, предоставляет больше возможности для автоматизации управления машиной, но зато при использовании такого привода значительно возрастают установленная мощность и стоимость машины. Чтобы одномоторный привод работал на постоянном режиме и динамические нагрузки от механизмов не передавались на двигатель, особенно в приводах с тяжелым режимом работы, устанавливают гидротрансформаторы. Это смягчает жесткость характеристики. Для работы в условиях высоких широт или тропиков силовое оборудование машин должно быть выполнено соответствующим образом. Так, в условиях тропического климата двигатели должны быть защищены от влияния высоких температур, попадания насекомых и т. п. Для работы в условиях высоких широт силовое оборудование должно снабжаться устройствами для обогрева и запуска, защитой масло- и водопроводов, а также специальными эксплуатационными материалами. 2. Двигатели внутреннего сгорания На землеройно-транспортных машинах в качестве привода применяются обычно двигатели внутреннего сгорания — дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе, реже — карбюраторные двигатели, работающие на бензине. Основным достоинством таких двигателей является то, что они не зависят от источника внешнего питания, надежны в работе и просты в эксплуатации, имеют малую массу на единицу мощности (3— 50 кг/кет), высокий к. п. д. (25—37% У дизелей и 18—25% у карбюраторных двигателей), небольшой расход горючего 0,22— 0,25 кг/кет (0,16—0,18 кг/л. с.). ■ Недостатками двигателей внутреннего сгорания являются не отвечающая требованиям работы землеройно-транспортных машин внешняя характеристика с незначительными пределами регулирования, высокая стоимость эксплуатации, жесткие требования к качеству топлива, сравнительно малая долговечность (3000—4000 ч работы), большая чувствительность к перегрузкам, трудности эксплуатации при низких температурах, невозможность непосредственного реверсирования, необходимость в фрикционных, гидравлических или других муфтах для передачи движения от двигателя к трансмиссии. За последнее время различие между тракторными двигателями (дизелями) и автомобильными .(карбюраторными) двигателями постепенно сглаживается и вырабатывается единый тип-все более легкого двигателя массой 3,5—4 кг/квт (2,5— 3 кг/л.с.), устанавливаемого при тяжелом режиме работы на меньшую мощность, а при легком режиме работы — на более высокие обороты и мощность, часто с применением наддува. Все это облегчает разработку и применение типажа двигателей, унифицированных по типоразмерности цилиндра, т. е. по диаметру цилиндра и ходу поршня. В последнее время более перспективными являются попытки заменить двигатели внутреннего сгорания газовыми турбинами, масса которых составляет около 1 кг/квт и даже меньше. Препятствием к их применению является пока еще малая долговечность, практически не превышающая 1000 ч работы, недостаточная надежность и большой шум при работе. Газотурбины особенно перспективны в качестве первичных источников энергия газоэлектрического привода. Двигатели внутреннего сгорания применяются как с непосредственной механической передачей на исполнительные механизмы и рабочие органы машины — обычно с легким режимом работы, так и с различными преобразователями, обеспечивающими одновременно в той или иной мере защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок. Последние называются комбинированными приводами и применяются, когда имеются расхождения между режимом работы, обеспечиваемым двигателем внутреннего сгорания, и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа. Например, для тягача-толкача свойствен третий режим работы (см. стр. 54, рис. 24, е), а для двигателя желательно иметь первый режим (см. стр. 54, рис. 24, а). В таком случае целесообразно иметь саморегулируемую характеристику, которую может дать гидротрансформатор (рис. 25,6, кривая 7) или электродвигатель с трехобмоточным генератором (система ТГ-Д) (рис. 25, а). Можно получить необходимые характеристики с помощью многоступенчатой механической трансмиссии. Однако в этом случае необходимо переключение скоростей, т. е. неизбежно ступенчатое регулирование, даже если бы было применено и автоматическое переключение скоростей. При этом возникают потери в сцеплении, рывки и увеличи-чиваются динамические нагрузки на детали передач и дви-гатель. Кроме того, многоступенчатая (число передач может достигать 16) коробка передач получается громоздкой, сложной и дорогой как в изготовлении, так и при эксплуатации. Для рационального выбора режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания важно знать не только внешнюю характеристику, но и изменение мощности, к. п. д. и расхода горючего с изменением числа оборотов. Эти кривые снимаются, как и при снятии внешней характеристики любого двигателя, методом торможения вала двигателя и замером искомых величин. Величина мощности определяется по общеизвестной формуле ., Ме ■ п Мр = —--квт, где Ме — крутящий момент. Характеристики снимаются при зафиксированных положениях рейки топливного насоса дизеля, а для карбюраторных двигателей — при полностью открытой дроссельной заслонке.
Анализ кривых (рис. 26) показывает, что удельный расход топлива с увеличением оборотов двигателя уменьшается до определенных значений оборотов, после чего он начинает возрастать. Наоборот, к. п. д. повышается до известных пределов. Как правило, дизели снабжаются регуляторами, поддерживающими постоянное число оборотов путем регулирования-количества подаваемого топлива. Эти регуляторы настраивают так, чтобы двигатель раз- Рис 2(5 3ависимости МОЩНости, кру-вивал максимальную МОЩНОСТЬ тящего момента, расхода горючего и Ne max при минимальном удель- к. п. д. двигателя внутреннего сгора- НОМ расходе топлива gemin. ния от числа обоРотов- Участки кри-лл^тттт/лл , at    л вых, показанные сплошными линиями. Мощность iVemax И число обо- t _'2 _6 ц 3 _4_6 соответствуют ротов, соответствующее этой регуляторной характеристике двига- мощности, называются номи-    теля нальными и обозначаются Neit и пе н. Крутящий момент, соответствующий этой мощности Ые , также называется номинальным и обозначается Ме Если двигатель в результате сброса нагрузки или других причин увеличивает число оборотов, то регулятор уменьшает количество подаваемого топлива. Мощность двигателя и кРУтящий момент снижаются, как это видно из кривых, приведенных на рис. 26 (участок 4—6 для мощности и 2—6 для момента). Если увеличить обороты (двигатель'работал бы без регулятора), расход топлива по отношению к номинальному резко повышается, мощность возрастает незначительно и затем тоже падает (см. пунктирные кривые на рис. 26). По внешней характеристике двигателя, (рис. 26) величина максимального момента Ме шах очень мало отличается от величины момента при номинальном режиме Ме , поэтому приспособляемость двигателя к переменным нагрузкам невелика. Моменту Ме тах соответствует определенное число "оборотов Приспособляемость может быть определена по так называемому коэффициенту запаса крутящего момента k == Ме max Mgн 10По.    (2.15) и по коэффициенту приспособляемости двигателя по крутящему моменту max    /г» т к„ = —--.    (2.16) Величина кп составляет для карбюраторных двигателей 1,08—1,15; для дизелей 1,1 —1,25. В тракторных двигателях число оборотов холостого хода пе , определяемое степенью нечувствительности регулятора, больше номинального числа оборотов пе на 8—10%, т. е. пен = (0,9—0,92) пе Двигатель выбирают по загрузочной диаграмме машины, внешней характеристике и данным исследований двигателя. При этом кратковременные пики, порядка десятых долей секунды, могут не приниматься в расчет, однако номинальная мощность двигателя, развиваемая на длительной работе, не должна превышаться. 3. Комбинированный привод Электродвигатели переменного тока В качестве вторичного привода в системе комбинированного привода землеройно-транспортных машин могут применяться электродвигатели переменного тока. Они просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации, способны к большим кратковременным перегрузкам. Для привода машин с повторно-кратковременным режимом работы выпускаются электродвигатели, отличающиеся большой перегрузочной способностью, которая характеризуется коэффициентом k ■Мном Так как для землеройно-транспортных машин электрические-двигатели применяются в качестве вторичного элемента комбинированного привода, то это существенно усложняет их конструкцию и снижает надежности В связи с этим устанавливать их целесообразно только для машин большой мощности, так как в этом случае может быть легче обеспечена надежность агрегатов и соответствующий уход за ними. Для менее мощных и менее загруженных приводов управления ковшом скрепера, конвейером его загрузки, ходом автогрейдера и струга, отвалом бульдозера, колесами автогрейдера,, поворотом машины электропривод может оказаться рациональным и для машин средней мощности 147—366 кет (200— 500 л. с.). Тем не менее в этом случае приходится считаться с легкой повреждаемостью электрических проводов, чувствительностью двигателей к влаге и другими отрицательными качествами электропривода. Существенным недостатком электропривода является и то, что его внешняя характеристика такова, что с увеличением момента на валу Двигателя сохраняется скорость и двигатель фактически не обладает способностью саморегулирования по скорости и мощности. Применение сопротивлений для смягчения характеристики приводит к большим потерям энергии и увеличению массы. Для возможности регулирования скоростей применяют различные электрические схемы переменного тока, например систему электропривода с тормозным генератором постоянного тока, сочлененным с валом двигателя. По этой схеме момент тормозного генератора регулируется изменением тока возбуждения и величины сопротивления в цепи якоря. Применяют также схему с дросселями насыщения в цепи статора двигателя. При этом скорость регулируется изменением сопротивления реостата в цепи ротора и напряжения на зажимах статора двигателя при помощи дросселя насыщения. В этом случае двигатель работает в режиме противотока с регулируемым моментом. Электродвигатели постоянного тока Электродвигатель постоянного тока в системе комбинированного привода является наиболее приемлемым приводом для строительных машин с тяжелым режимом работы. Несмотря на то, что масса' и габаритные размеры такого привода в 1,5— 2,5 раза больше любого другого привода, на многих строительных машинах применяют многомоторные приводы постоянного тока по системе ТГ-Д. На землеройно-транспортных машинах такой привод выполняется обычно с одним генератором. В этом случае привод состоит из дизеля и установленного на одном валу с ним генератора постоянного тока, питающего соответствующие рабочие электродвигатели. Мощность сетевого двигателя на 15—20% больше мощности генератора. На машинах с очень тяжелым режимом работы, например на стругах большой мощности, может применяться индивидуальный привод всех механизмов от электродвигателей постоянного тока по схеме ТГ-Д (трехобмоточный генератор-дизель) или Г-Д с электро-машинным (ЭМУ) или магнитным усилителями. В этом случае на общем валу с сетевым двигателем устанавливают генераторы постоянного тока, каждый из которых питает током соответствующий рабочий электродвигатель постоянного тока, являющийся приводом отдельного механизма. Установка сетевого двигателя и генераторов называется мо-тор-генераторным агрегатом или агрегатом Леонарда. В результате установки такого агрегата в системе управления протекают небольшие по силе токи. Это позволяет получить легкое управление, сократить переходные процессы, осуществить автоматическое регулирование работы приводов, до минимума снизить расход энергии. Система ТГ—Д проще, но генераторы в ней больше по габаритам и тяжелее, чем при системе Г—Д, а переходные процессы продолжительнее, чем в системе с однообмоточными генераторами. Однако последняя система гораздо сложнее в эксплуатации, менее надежна и требует более частой регулировки и поэтому менее пригодна для землеройно-транспортных машин. Последнее время начинают применяться новые типы электропривода, в том числе ионный привод с управляемыми выпрямителями. Однако он еще недостаточно надежен для работы на землеройных машинах и тре;бует постоянного и высококвалифицированного наблюдения. В приводах постоянного тока значительные преимущества имеют системы привода с питанием двигателя от полупроводниковых кремниевых выпрямителей. Они представляют собой источник постоянного тока с нерегулируемым выходным напряжением и высоким к. п. д. (г] = 0,98). Полупроводниковые выпрямители будут успешно применяться как для цепей управления в качестве регулятора, так и в силовых цепях взамен преобразовательного агрегата. Последнее наиболее целесообразно в приводах, где нужно регулировать скорость вращения без использования тормозных режимов. 4. Трансмиссии Трансмиссия — это система, кинематически связывающая отдельные узлы машины. При помощи ее передается движение от двигателя к исполнительным механизмам и редуцируются передаваемые скорости, моменты и усилия. Трансмиссия включает элементы, ограничивающие перегрузки, элементы, позволяющие регулировать скорости, а также предохранительные устройства. В современных машинах применяются механические, гидравлические и электрические трансмиссии (передачи). Механические трансмиссии Основными элементами механических трансмиссий являются муфты сцепления, соединяющие отдельные элементы; предохранительные муфты, предназначенные для соединения деталей и Рис. 27. Схема механической канатной трансмиссии: а —привода отвала бульдозера; б — привода ковша скрепера для ограничения передаваемых мощностей, коробки передач и распределительные коробки, служащие для изменения передаваемых скоростей, чисел оборотов, крутящих моментов; реверсы — механизмы, изменяющие направление вращения валов, тормозные устройства, валы, мосты колесных машин и т. д. К механическим трансмиссиям относятся также полиспастные (канатные) трансмиссии и рычажные системы. Достоинством полиспастных трансмиссий является простота конструкции, эксплуатации и ремонта, возможность передачи Движения при значительном расстоянии между приводом и исполнительным механизмом, а также передача движения под углом. Недостатком их является то, что крутящий момент и усилия могут передаваться только в одном направлении. Например, трансмиссия при канатном управлении бульдозером (рис. 27,а) передает усилие, необходимое для подъема отвала бульдозера, а опускается и заглубляется отвал только под действием собственной силы тяжести; то же самое относится к системе управления ковша скрепера (рис. 27, б). Рычажные системы являются обычно частью полиспастной или гидравлической передачи. Они могут быть довольно сложными в тех случаях, где необходимо получить очень большой ход исполнительного механизма. Элементы механических трансмиссий — муфты, коробки, мосты гусеничных машин являются унифицированными узлами, широко применяемыми не только для землеройно-транспортных, но и транспортных машин (рис. 28). Гидравлические трансмиссии Гидравлические трансмиссии бывают двух типов: гидрообъемные, или гидростатические, и гидродинамические. Гидро: объемные передачи широко применяются в системах управления рабочими органами и ходовыми устройствами как самих землеройно-транспортных машин, так и их тягачей. Гидрообъемные передачи. В гидрообъемных передачах движение передается в результате использования энергии давления жидкости (статического напора), движущейся с небольшой скоростью (рис. 29). Насос, работающий от электродвигателя или непосредственно от двигателя внутреннего сгорания, подает жидкость в гидродвигатель, который приводится в движение этой жидкостью. На фиг. 29, а показана схема с шестеренными насосами. Такие схемы могут быть и с поршневыми и лопастными насосами. Достоинство их —простота, недостаток — то, что в таких передачах число оборотов не регулируется. Передаваемый момент может регулироваться только подбором параметров насосов, например у шестеренных насосов — изменением диаметра и ширины зубчатых колес у одного из насосов. Эти передачи работают на высоких давлениях в диапазоне 107—2-107 н/м2, что требует высокого качества их изготовления. В таких схемах движение только передается, но характер движения не изменяется.    ' На схеме, изображенной на рис. 29, б, насос подает жидкость в поршневой гидроцилиндр. От одного насоса можно передать движение к одному или нескольким гидроцилиндрам. Сама трансмиссия может состоять из одного или нескольких гидроцилиндров. Рис. 28. Унифицированный мост Рис. 29. Принципиальные схемы гидрообъемных передач:. а — гидропривод с шестеренными-- насосами: 1 — гидронасос, 2 — тру* бопровод высокого давления, 3 — гидромотор, 4 — редукционный клапан, 5 — регулирующий дроссель (кран), 6 — трубопровод низкого давления; б — гидропривод с гидроцилиндрами: 7 — насос, 8 — клапан, 9 — золотник, 10— трубопровод высокого давления, И— поршни, 12 — цилиндры, 13 — штоки, 14 — фильтр, 15 —бак Величина мощности в киловаттах, отдаваемой насосом, мажет быть выражена формулой
6 5 Ь а) •
N^Q-p,    (2.17) где Q — производительность насоса в м1/сек-, р — давление в кн/м2. Производительность шестеренного насоса в л/мин может быть представлена следующей зависимостью: Q ~ 0,002 • я • k ■ z1 ■ т* • Tfjo6 • п,    (2.18) где г — число зубьев шестерен; т — модуль зацепления в см; п — число оборотов в минуту; 'Чоб ■— объемный к. п. д.; k — безразмерный коэффициент, величина которого принимается в зависимости от давления, создаваемого насосом: Давление, развиваемое насосом, в ц[м* 10-105 20 105 50- Ю6 Величина k............. 0,65—1,0 0,5—0,55 0,25—0,3 Гидродинамические передачи. В отличие от гидрообъемных ;в гидродинамических передачах энергия передается в основном в результате использования кинетической энергии жидкости при сравнительно невысоких давлениях. Принципиальная схема гидродинамической передачи показана на рис. 30. Один из центробежных насосов приводится в движение от электродвигателя или непосредственно от двигателя внутреннего сгорания. Жидкость, засасываемая этим насосом, подается к аппарату, где направление ее меняется, а скорость увеличивается из-зи снижения статического напора. При этом возрастает кинетическая энергия движущейся жидкости под влиянием уменьшения энергии давления. Струя жидкости ударяет по лопаткам турбины, в результате чего на ее валу создается крутящий момент. Такая передача не имеет жесткой кинематической связи между валом насоса и валом турбины. В этой схеме число оборотов турбины меняется автоматически в зависимости от нагрузки на вал. Например, с повышением сопротивления число оборотов турбины уменьшается, что увеличивает давление струи на лопатки и крутящий момент на турбине. Различают два вида гидродинамических передач: гидромуфты и гидротрансформаторы. Гидромуфта (рис. 31) состоит из насосного колеса и турбины, помещенных в общий кожух, заполненный жидкостью (обычно маслом). Колесо насоса закреплено на ведущем валу и приводится в движение электрическим или дизельным двигателем, колесо турбины насажено на ведомый вал. Как видно из рисунка, вал насоса и вал турбины между собой не соединены и между ними имеется зазор. При вращении насоса жидкость подается, как показано стрелками, на лопатки турбины и приводит ее в движение. В гидромуфтах число оборотов насоса всегда больше, чем турбины, т. е. всегда имеет место скольжение между обоими колесами. Отставание колеса турбины от колеса насоса характеризуется скольжением s =
где пн— число оборотов колеса насоса; пг — число оборотов колеса турбины. В начале работы колесо турбины неподвижно, а колесо насоса вращается. В это время скольжение между колесами составляет 100%. По мере увеличения числа оборотов величина Рис. 31. Схема гидромуфты: 1 — насосное колесо, 2 — турбинное колесо, 3 — кожух, 4 — тор, 5 — вал турбинного колеса, 6 — вал насосного колеса
Рис. 30. Принципиальная схема гидродинамической передачи: 1 — центробежный насос; 2, 5, 7, 9 — трубопроводы; 3 — направляющий аппарат. 4 — центробежная турбина; 6, 8 — резервуары скольжения уменьшается, и при установившемся режиме оно составляет 2—3%. Мощность на ведомом валу гидромуфты всегда меньше мощности, подводимой к насосному колесу. Мощность потерь Nn = s-NH = (\-ri)NH,    (2.20) где г] — к. п. д. гидромуфты; т|= —=1 — s,    (2.21) NH—мощность привода насоса. На рис. 32 показана внешняя характеристика гидромуфты. Из анализа этой характеристики следует, что к. п. д. увеличивается пропорционально числу оборотов турбины. Максимальное значение коэффициента т] равно 0,95. Силовые установки с гидромуфтами обеспечивают запуск двигателя и остановку машины при включенной передаче, снижают динамические нагрузки в системе, защищают двигатель от перегрузок и гасят крутильные колебания; при перегрузке Рис. 32. Внешняя характери- Рис. 33. Внешняя характеристика совме-стика гидромуфты при стной работы гидромуфты с двигателем пн = const. исполнительный орган останавливается под нагрузкой, а двигатель продолжает работать, и обеспечивает плавность разгона машины при уменьшении нагрузки с непрерывным нарастанием скорости от нуля до максимума и столь же плавное стопорение при возрастании нагрузки. Характеристика совместной работы гидромуфты с двигателем показана на рис. 33. Недостатком гидромуфты является сильное снижение к. п. д. при увеличении скольжения, а также невозможность изменения величины передаваемого крутящего момента двигателя в зависимости от нагрузки. Гидромуфты целесообразно применять для машин и механизмов, у которых колебания нагрузки значительные и редко (случайно) имеют место перегрузки. К таким механизмам относится, например, тяговый механизм грейдер-элеватора или струга. Чтобы получить автоматическое регулирование крутящего момента и числа оборотов ведомого вала в зависимости от нагрузки, применяются гидротрансформаторы (рис. 34). Гидротрансформатор отличается от гидромуфты тем, что в последней масло подается непосредственно из гидронасоса на гидротурбину, а в гидротрансформаторе масло подается к насосу через направляющий аппарат, а из насоса — к гидротурбине. Направляющий аппарат увеличивает скорость жидкости, поступающей из насоса в турбину, изменяет направление движения жидкости, в результате чего изменяется величина момента на турбине. В направляющем аппарате общий запас энергии жидкости, полученный ею в насосе от двигателя, не увеличивается, энергия / — ведущий вал, 2 —направляющий аппарат, 3 — турбина, 4 — насос, 5 — ведомый вал
Рис. 34. Схема гидротранс-    Рис. 35. Внешняя характеристика форматора:    гидротрансформатора при пн= const только перераспределяется — кинетическая энергия (динамичен ский напор) увеличивается за счет уменьшения энергии давления (статического напора) движущейся жидкости. При установившемся режиме справедливо равенство Мг=Мн + Ма,    (2.22) где Ма — реактивный момент направляющего аппарата. Изменение крутящего момента характеризуется коэффициентом трансформации (момента) Передаточное отношение    к. п. д. гидротрансформатора мт
Мы
На рис. 35 показана внешняя характеристика гидротрансформатора. Из этой характеристики видно, что к. п. д. имеет максимум и что следует работать на режимах, близких к максимальному к. п. д. При работе на малых к. п. д. часть энергии расходуется на нагрев масла в турботрансформаторе, поэтому и с этой точки зрения нельзя длительно работать на режимах с низкими значениями к. п. д.
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,1 0,9 2Т Рис. 36. Внешняя характеристика работы силовой установки с двигателем внутреннего сгорания и гидротрансформатором
Различают два вида силовых установок с гидротрансформаторами. 1.    Установки, у которых режимы работы насоса остаются постоянными или незначительно изменяются при изменении нагрузки на ведомом валу. Такие гидротрансформаторы называются «непрозрачными». В этом случае двигатель, на валу которого установлен гидротрансформатор, работает в постоянном режиме. 2.    Установки, у которых при изменении нагрузки на ведомом валу крутящий момент Мн и обороты пн насоса автоматически изменяются в некоторых пределах. Такие гидротрансформаторы называются «прозрачными». Идеально «прозрачным» механизмом является обычная механическая ступенчатая передача. На рис. 36 показана характеристика работы установки с двигателем внутреннего сгорания и гидротрансформатором. Крутящий момент, создаваемый на выходном валу гидротрансформатора, может быть увеличен в 4—5 раз и число оборотов может изменяться от 0 до максимального. Применение гидротрансформатора позволяет устранить механические коробки передач или резко сократить число их ступеней. С уменьшением коэффициента трансформации к (к<1,15-г-~^1,2) к. п. д. гидротрансформатора существенно уменьшается. Поэтому имеются универсальные гидропередачи, которые при &<1 работают как муфты, а при &>1 —как гидротрансформаторы. Силовые установки с гидротрансформаторами, приводящие в движение несколько независимых механизмов, мощности которых соизмеримы, могут работать при условии определенного подбора передаточных чисел привода этих механизмов. В противном случае при перегрузке одного из механизмов другие также снижают скорость, что нарушает их работу. Наиболее целесообразно применять гидротрансформаторы на ходовых механизмах тягачей и землеройно-транспортных машин, у. которых мощность, необходимая для перемещения машин, во много раз превосходит мощность для привода других механизмов. К недостаткам гидротрансформаторов надо отнести сравнительно низкий к. п. д. (наибольший к. п. д. равен 0,85); необходимость применять устройства для охлаждения, усложняющие конструкцию; невозможность изменять направление движения, для чего требуются дополнительные механические передачи. В гидравлических трансмиссиях особое внимание должно быть обращено на чистоту масла и, следовательно, на хорошую его фильтрацию, на предохранение его от перегрева, на соответствие сорта масла температуре .окружающего воздуха. Электрические трансмиссии Основными элементами электрических трансмиссий являются электромагнитные муфты скольжения (рис. 37), а также электро- ханизма магнитные порошковые муфты. Они могут использоваться на реверсивных механизмах, обеспечивая значительно более плавное включение, чем фрикционные муфты. Недостатком таких муфт является сильный нагрев, а также большие потери мощности при увеличении скольжения. Зато использование их не обязано с применением масла, возможными утечками и другими недостатками, свойственными гидропередачам. § 6. ХОДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В землеройно-транспортных машинах применяются гусеничные и колесные движители. Гусеничный движитель (рис. 38) состоит из замкнутых гусеничных цепей, имеющих отдельные звенья (траки), шарнирно
Рис. 38. Гусеничный дви-житель: а — общий вид рамы с гусеничным двигателем: 1 — гусеничная цепь, 2 — опорные катки, 3— эластичная подвеска, 4 — поддерживающие катки, 5 — натяжное колесо; б — схема расположения полужесткой под-6 **    вески: 6 — ведущая звездочка, 7 — полужесткая подвеска соединенные между собой пальцами. Гусеница приводится в движение ведущим колесом; опирание ведущей ветви на грунт и натяжение гусеницы осуществляется большей частью опорными катками: Ведомая ветвь предохраняется от провисания поддерживающими катками. Гусеничные движители имеют большую поверхность опоры, что снижает удельное давление на грунт в среднем до 40— 100 кн/м2 (4,103—104 кГ/м2). Это повышает сцепление с грунтом: и проходимость машин по бездорожью и слабым грунтам. Машины на гусеничном ходу имеют значительно большую силу тяги по сцеплению, чем колесные, поэтому тяговое усилие гусеничных машин обеспечивает преодоление подъемов до 50%. Величина угла преодолеваемого подъема зависит от мощности и массы машины и положения ее центра тяжести. Коэффициент сцепления с грунтом у гусеничного движителя равен 1 (иногда 1,2) и сравнительно мало изменяется при увлажнении поверхности грунта. Гусеницы применяются жесткие и мягкие, состоящие из крупных или мелких звеньев. У жестких гусениц оси катков неподвижно укреплены в рамах, у мягких — оси катков могут перемещаться с помощью балансиров или пружин. Мягкие гусеницы сложнее в изготовлении и эксплуатации, но лучше приспосабливаются к поверхности грунта. У гусениц из крупных звеньев, т. е. с большим шагом звеньев, более равномерно передается давление на грунт, чем у гусениц с малым шагом. Зато первые не допускают больших скоростей перемещения машины, так как их ведущие колеса имеют меньшее число граней и дают более значительную неравномерность скорости при набегании и сбегании с колес, что увеличивает динамические нагрузки. Недостатками гусеничного хода являются его большая масса (до 40% общей массы машины), сложность конструкции, быстрый износ деталей (1500—2000 ч работы), а также малая скорость перемещения (примерно 6—8 км/ч для машин даже небольшой массы), необходимость перевозки тягачами на специальных трейлерах при транспортировании даже на сравнительно небольшие расстояния. Колесный движитель легче гусеничного, имеет больший ресурс работы (до 30—40 тыс. км вместо 1,5—2 тыс. км), позволяет машине перемещаться на больших скоростях (до 60 км/ч), имеет более высокий к. п. д. Движитель состоит из колес с пневматическими шинами различной конструкции (рис. 39, а), монтируемых на мосты. Колеса приводятся в движение ходовой трансмиссией. Пневматическая шина, камерная (рис. 39,6), состоит из покрышки, камеры, в которую накачивается воздух, ободной ленты и вентиля. Применяются и бескамерные шины, представляющие собой покрышки, герметически прилегающие к ободьям (рис. 39, в). Существуют шины высокого давления, рассчитанные на давление 500—700 кн/м2 (5—7 атм), и низкого давления (баллоны), давление в которых составляет 125—350 кн/м2 (1,25—2,50 атм). В колесном движителе различают ведущие и ведомые колеса (или оси). Применяются схемы привода колес, в которых ведущими колесами могут быть передние, задние или те и другие. Недостатками этого типа движителя являются большое удельное давление на грунт в связи с малой площадью контакта колес с грунтом, сравнительно малый коэффициент сцепления ф. Максимальный угол подъема при колесном ходе достигает 25%. Несмотря на эти недостатки, колесный ход получает все большее распространение. Расширяется применение машин с приводом на несколько осей, что значительно увеличивает сцепную силу тяги машины, а следовательно, и ее проходимость. Для повышения проходимости машин по слабым грунтам применяются шины сверхнизкого давления 50—80 кн/м2 (0,5— 0,8 атм). Давление в них обычно регулируется специальным устройством, расположенным в кабине водителя. При работе на малых Давлениях увеличивается площадь контакта шины с грунтом, что улучшает ее проходимость, но при этом увеличивается коэффициент сопротивления движению. Поэтому поддерживать пониженное давление в шинах при движении по дорогам с твердым покрытием нецелесообразно, тем более, что при пониженном давлении шины, интенсивнее изнашиваются. Широко применяются шины с высокими грунтозацепами, улучшающими сцепление с грунтом, арочные шины с более широким профилем и развитыми грунтозацепами, работающие на низком давлении, бескамерные шины, в которых воздух накачивается в пространство между покрышкой и герметическим ободом. В последнее время применяются шинб1, допускающие нагрузку До 35 т. Получают также применение машины, где каждое колесо приводится в движение от отдельного электродвигателя (мотор-колесо) и, следовательно, является ведущим. Электродвигатели питаются от дизель-генератора, устанавливаемого на машине. Рис. 40. Упругие подвески: а — индивидуальная; б — балансирная; в — торсионная; г — подвеска с винтовой рессорой; д — с листовой рессорой Маркировка шин состоит из двух цифр, обозначающих основные параметры: ширину профиля и внутренний диаметр шины или посадочный диаметр обода (первая величина дается в дюймах или миллиметрах, вторая — в дюймах).    л Землеройно-транспортные машины пока что выполняются без подвесок, что значительно ухудшает их транспортные возможности. Разрабатываются конструкции машин с подвесками, которые должны будут выключаться в процессе резания. На общестроительных машинах применяются жесткие, полу-жесткие и упругие подвески. При жесткой подвеске рессоры между корпусом машины и колесами или гусеницами не устанавливаются. Жесткие подвески могут быть двух типов: индивидуальные и балансирные. Машины с индивидуальными подвесками допускают при эксплуатации скорости не более 10 км/ч, с жесткими балансирными подвесками — 20—25 км/ч. При полужесткой подвеске часть корпуса подрессорена, остальная часть опирается непосредственно на ходовое устройство. Машины с такими подвесками могут передвигаться с значительно большими скоростями; рекомендуются они для передвижения по мягким грунтам. При упругой подвеске корпус,машины соединяется с ходовой частью через рессоры. Упругие подвески могут быть индивидуальными и балансирными. Кроме того, они могут быть торсионные, с винтовыми рессорами и с листовыми рессорами (рис. 40). В конструкцию упругих подвесок иногда вводят амортизаторы для гашения колебаний корпуса машины, а также стабилизаторы, выключатели подвесок. Стабилизаторы предназначены для выравнивания деформаций рессор во избежание крена машины. В некоторых конструкциях стабилизаторы имеют устройства, позволяющие выключать подрессорную часть подвески и соединять жестко корпус с ходовой частью, благодаря чему масса колес и ходовой части увеличивает устойчивость машины. В других конструкциях при отсутствии стабилизаторов устанавливаются только выключатели упругой подвески. При переводе машины в транспортное положение эти устройства выключаются. § 7. ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ При эксплуатации машин приходится определять, какие скорости движения может развивать машина и какие уклоны она может преодолевать в зависимости от величины внешних сопротивлений и мощности установленных двигателей. Бывает также необходимо вычислять, какой свободной тягой обладает машина, работающая с прицепным, полуприцепным или навесным устройством. Определение указанных величин позволяет выбрать режимы работы в зависимости от конкретных условий. В процессе работы землеройно-транспортных машин действуют следующие силы 2. 1. Внешние силы (сопротивления): а)    суммарная сила рабочих сопротивлений Рсум\ б)    сила тяжести G, приложенная в центре тяжести машины; если машина движется по наклонной плоскости, тр эта сила раскладывается на две составляющие: Geos а и Gsin а (рис. 41);
Рис. 41. Схемы для расчета тяговых усилий: а — гусеничного хода, б — колесного хода
в) при движении гусеничных машин возникает давление грунта на ходовую часть как от силы тяжести машины, так и от составляющей сил рабочих сопротивлений Pz. Это давление направлено по нормали к грунту; величина удельных давлений по длине ходовой части различна. Эпюра этих давлений обычно имеет форму трапеции. Равнодействующая удельных давлений проходит через центр давления А и равна R3p = G cos а + Pz.    (2.25) Одновременно возникают силы сопротивления передвижению R ходовой части по грунту и сила сцепления Тсц ходовой части с грунтом (сила тяги по сцеплению). Силы сопротивления передвижению направлены в сторону, противоположную движению машины. Эти силы возникают под каждым из участков ходовой части. Для простоты расчетов принимают, что составляющая сил сопротивлений перемещению R для каждой гусеницы приложена к переднему опорному катку. Величина силы R = flRlp.    (2.26) где / 2 — коэффициент сопротивления передвижению; его численные значения зависят от физико-механических свойств грунта и конструкции ходовой части (табл. 5). Таблица 5 Средние значения коэффициента сопротивления передвижению машин Тип ходовой части Дорожные условия Пневмошнны Г усеницы h Гладкие колеса с жестким ободом / Асфальт.............. Укатанная проселочная дорога с/хая . Луг влажный ........... Свежевспаханное поле ....... Песок сухой . . ...... Песок влажный ........ Болото . . Снег................ 0,03—0,05 0,06—0,07 0,05—0,08 При' движении колесных машин возникают нормальные давления грунта на передние колеса Rn и на задние колеса R3. Равнодействующая этих давлений также проходит через центр давления. В этом случае величина Rzp может быть определена по формуле (2.25), а величина R — по формуле (2.26), но вместо Г2 необходимо поставить значение сопротивления перекатыванию /2 (см. табл. 5). Сопротивление движению колесных машин при движении по бездорожью выше, чем у гусеничных, а сопротивление движению гусеничных машин по дорогам и твердым грунтам больше, чем у колесных машин. Силы Тсц складываются из сил трения опорных элементов ходовых частей о грунт и сил зацепления этих элементов за грунт (рис. 42). Если усилие, действующее вдоль ведущей ветви гусеничной цепи, превосходит силы сцепления, то цепь проскальзывает по грунту и машина буксует. Вдоль ведущей ветви гусеничной цепи Рис. 42. Зацепление гусеничного движителя за грунт действует сила Т от момента, приложенного к ведущему колесу. Эта сила стремится вытянуть ведущую ветвь гусеницы из-под спорных катков. Для того чтобы машина не буксовала, необходимо, чтобы силы Тсц были всегда больше величины Т. Сила Тсц определяется по зависимости где ф — коэффициент сцепления; величина его зависит от кон- Тсц<ЧЯгр’ (2.27) Значение коэффициента сцепления ср для колесных и гусеничных машин Тип ходовой части Характеристика дорожных условий Гусеницы со шпорами
Пневмошины
0,6—0,8
0,9—1,1 0,6 1,2 0,7 0,4
0,3
0,6
Укатанная проселочная дорога Луг влажный некошеный . . Луг влажный скошенный . . Свежевспаханное поле . . . Песок сухой ........
Укатанная снежная дорога
Песок влажный Болото . .
Асфальт
Для увеличения коэффициента ф на гусеничный ход обычно надевают специальные шпоры, а на колеса — баллоны с грунтозацепами, что позволяет более эффективно использовать тяговое усилие. В колесных машинах сила Тсц создается ведущими колесами, следовательно, величина ее зависит от количества ведущих осей. Если все колеса ведущие, то величину Тсц можно подсчитать по формуле Тсц =фRzp. Если часть осей ведущие, то необходимо определить реакции на ведущих колесах Re и в формулу (2.25) подставить вместо Rip сумму рейкций При движении машины возникают также силы инерции /V Для прямолинейного движения эти силы определяются по формуле Pj - - ,    (2-28) где G — сила тяжести машины в н; g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2', jx — ускорение центра тяжести в м/сек2. Для приближенных эксплуатационных расчетов можно при- I    . Vx— Wo нять, что = const, тогда ]х =-, где vx — скорость машины в конце периода разгона или торможения в м/сек; v0 — начальная скорость в м/сек; tp — время разгона в сек. 2. Внутренние силы и моменты К ним относятся силы и моменты, которые могут быть получены от установленного на машине двигателя, а также потери сил и моментов в результате трения в отдельных узлах машины, потери на привод механизмов для охлаждения двигателя, привод в действие масляных систем и т. д. Для привода трансмиссии используется только часть мощности силовой установки Nd, которая равна разности между номинальной мощностью Ne и мощностью Nв, идущей на преодоление потерь в силовой установке. Мощность Nд называется свободной мощностью двигателя Nd = Ме — Ме. Момент, передаваемый двигателем трансмиссии: Л?а= 7162-^-«л,    (2.29) где я число оборотов двигателя. Предельная сила тяги Т, которую может развивать машина при данной мощности двигателя, называется силой тяги по двигателю Тд. Величина ее равна Тд = ■ Мд r>M im-" ,    (2.30) где Мд — крутящий момент, развиваемый двигателем, imp — общее передаточное числи трансмиссии от двигателя к ведущему колесу; цм—общий к. п. д. трансмиссии и ходовой части; гк — радиус ведущего колеса машины в м. Величина г\м не является постоянной; она зависит от скорости перемещения машины где т|то—к. п. д. трансмиссии; цх — к. п. д. ходовой части. Значительное изменение к. п. д. происходит при изменении скорости гусеничного хода выше 10 км/ч. Для современных машин суммарная величина цм равна 0,6—0,65 для гусеничных машин с приводом хода от основного двигателя и 0,75—0,8, когда привод осуществлен от двигателя, установленного на ходовой тележке, а также для колесных машин. Общая мощность Nn, расходуемая на преодоление трения в механизмах, приводящих в движение машину: ^Ti = (3-ru).Vd.    (2.32) Сила тяги может быть определена из уравнения равновесия перечисленных выше сил, действующих на машину в процессе ее прямолинейного движения (рис. 41): Т - Рх + R ± Gsin а + — jx .    (2.33) При равномерном движении /* = 0. При разгоне величина jx берется со знаком +, при торможении — со знаком —. Для эффективной работы необходимо стремиться к полному использованию установленной мощности, т. е. работать на таких режимах, при которых ТС11 =7’а. Пользуясь уравнением (2.33), если известны параметры машины (сила тяжести G, диапазон возможных скоростей v, мощность N, угол подъема а) можно определить, на каких режимах следует работать, чтобы полностью использовать мощность двигателя, и какие могут быть преодолены максимальные рабочие сопротивления для работы на заданных режимах. § 8. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Системы управления современных землеройно-транспортных машин должны давать возможность эксплуатировать силовую установку на оптимальных режимах. Системы управления и автоматики предохраняют машину от аварий и поломок в случае грубых ошибок машиниста или непредвиденных условий работы. Управление силовой установкой и машиной в целом требует регулирования нескольких параметров, очень часто связанных между собой. Чтобы уменьшить число рукоятей, органы управления отдельными механизмами объединяют. Такие агрегаты представляют собой центральные посты управления и включают ряд механизмов управления, кинематически связанных между собой. Несмотря на большие достоинства автоматики в системах связи и блокировки управления отдельными параметрами, следует помнить, что автоматам свойственны такие недостатки, как инертность, некоторая нечувствительность и неустойчивость. Независимо от вида управления к стенду управления и к кабине машиниста предъявляются особые требования. Существенное значение имеет посадка машиниста, возможность регулировать положение сидения относительно рукоятей рычагов и педалей в соответствии с ростом машиниста, комфортабельность сидения и кабины в целом, величина углов обозрения, взаимное расположение рычагов и педалей, величина хода рукоятей управления и усилий для их перемещения, а также направление хода рычагов. Большое значение имеет также очистка стекол кабины от пыли, снега и льда, обогрев кабины, вентиляция и охлаждение, герметизация в целях защиты от температурных изменений и3шума и применение кондиционирования воздуха. Рукояти рычагов или кнопки управления должны быть расположены так, чтобы наиболее часто включаемые рукояти были расположены ближе к правой руке машиниста. Рукояти вспомогательных рычагов должны быть расположены так, чтобы не мешать переносу руки от одной рукояти к другой. Направление движения рукояти по возможности должно совпадать с управляемым ею движением механизма машины. Если ход рукояти перпендикулярен движению исполнительного механизма, то обычно движение «на себя» соответствует подъему или повороту вправо исполнительного органа и наоборот. Чаще всего движение рычагов и педалей производится в продольной вертикальной плоскости (боковые движения больше утомляют машиниста). Применяются также рычаги с двумя степенями свободы, управляющие двумя движениями, что позволяет сократить число рычагов. Движения, не требующие плавности включения, управляются кнопками или собачками, устанавливаемыми на основной рукояти того движения, которое непосредственно связано с включением кнопки или собачки. Почти на всех землеройно-транспортных машинах имеются приводы управления ходовой частью, узлами трансмиссии, рабочим оборудованием и другими элементами машины. Различают приводы непосредственного действия и приводы управления с усилителями (сервоприводы). Приводы непосредственного действия В таких приводах управление производится только под действием усилия, которое может приложить машинист к рычагам или педалям, включающим тот или иной механизм. На некоторых машинах, например бульдозерах, при тяжелых условиях работы приходится делать за один цикл до 14 включений, т. е. за 1 ч до 600 включений. При обычной работе бульдозера малой мощности число включений в 1 ч достигает 1000. Приводы непосредственного действия делаются такими, чтобы усилие на рычагах не превышало 40 н при ходе не более 0,25 м, а поворот рукоятей — не менее 35°, усилие на педалях не более 80 н при ходе не более 0,20 м и угле поворота, не превышающем 60°. Если усилие на рычагах не превышает 15 н и ход меньше 0,12 м, машинист не может регулировать плавность включения. При малых усилиях необходимо устанавливать кнопочное управление автоматическим регулированием включения и выключения или автоматическое программное управление также с автоматическим изменением силы включения. Приводы управления непосредственного действия м<§гут быть механическими и гидравлическими. В механическом приводе усилие руки или ноги машиниста передается с помощью рычагов и тяг. Эта система обеспечивает определенное соотношение между усилием и ходом, необходимым для включения механизма, и усилием и ходом на рукояти или педали, т. е. передаточное число:
где Sn — ход педалей или рукояти;
h — ход детали, непосредственно включающей узел или машину. Ход педали Sn определяется как разность между общим ходом педали и ее холостым ходом, величина которого зависит от зазоров в отдельных' звеньях привода управления и может достигать 5% от общего хода. В существующих конструкциях машин /,« = 254-40. На рис. 43, а показана схема механического управления непосредственного действия, на рис. 43, б — гидравлического. Давление в напорном цилиндре Б (рис. 43, б) создается педалью А, которая приводит во вращение кулачок, нажимающий на шток поршня. Жидкость из цилиндра Б по трубопроводу поступает в цилиндр В и перемещает рычаг Г, с помощью которого осуществляется натяжение тормозной ленты, а следовательно, и торможение. Чтобы поддерживать торможение при такой системе управления, необходимо все время ногу держать на педали. Как только отпадает необходимость в торможении, нагрузка на педаль А снимается и под действием пружины Д поршень цилиндра В выжимает масло обратно в цилиндр Б. Такая система называется замкнутой. Работает она только при отсутствии потерь масла, которые могут возникнуть из-за изношенности манжет, течи в трубопроводах и т. д., так как в результате потерь появляются большие мертвые хода. Чтобы пополнять масло в системе, цилиндр Б соединен с резервуаром Е. Отверстие, соединяющее трубопровод резервуара с цилиндром, закрывается при незначительном перемещении педали Л. Рассмотренная система управления является комбинированной, состоящей из механической и гидравлической передач. В этой системе отношение между усилием, прилагаемым к педали, и исполнительным органом (рычагом, осуществляющим торможение) зависит от отношения площадей цилиндров Б и В. Если бы не было механической передачи, а только гидравлическая, то величина передаточного числа ir в этой схеме была бы равна где d\ — диаметр цилиндра, из которого педалью выжимается масло; d2 — рабочий цилиндр. Следовательно, при гидравлическом приводе можно получить большие усилия и меньший ход или больший ход и меньшие усилия на элементе, непосредственно включающем тот или другой механизм, чем усилия, приложенные к педали или рычагу
° £ с g О) <ц
'['INI! 1 II II
03    * х-с    га 5    * X    4) 4    * 8    i и

управления. Общее передаточное число с учетом передаточного числа механической части передачи будет равно (2.36)
Если управление напорным цилиндром осуществляется через штурвал, то такая система управления позволяет держать включенным механизм длительное время, даже при значительных усилиях, необходимых для включения. Примером такого привода может служить управление поворотом передних колес экскаватора Э-302. В этом механизме масло из первого цилиндра выжимается вращением рулевого колеса, которое машинист может удерживать в требуемом положении нужное время, не прикладывая больших усилий. Приводы с усилителями (сервоприводы) В сервоприводах используется посторонний источник энергии (электрический, гидравлический, пневматический или механический). Роль машиниста обычно сводится только к включению системы управления. Системы управления с усилителями гидравлического действия Принципиальная схема такой системы показана на примере управления рабочим органом бульдозера (рис. 29). По этой схеме масло подается насосом к золотниковому распределительному устройству 9. При перемещении золотника оно направляется в ту или другую сторону цилиндра 12. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, равно (2.37)
где q — давление подаваемого масла в н/м2; F — площадь сечения цилиндра в м2. В рассматриваемой схеме обычно устанавливается предохранительный клапан 8, который ограничивает величину давления в системе. Если давление превышает расчетное, то масло из линии нагнетания через редукционный клапан возвращается в линию всасывания. В существующих системах управления применяются насосы, которые могут развивать давление от 3000 до 30 ООО кн/м2 (30— 300 кГ/см2). Особенность таких систем та, что они не могут перемещать шток гидроцилиндра по заданному закону. Рабочей рукояти, которая управляет золотником, не передаются усилия, возникающие в силовой части системы управления. Следовательно, машинист не чувствует и не может оценить, какие усилия возникают в механизме, который подвергается регулированию. Чтобы машинист мог ощущать изменение величины усилий, применяются системы управления с усилителями (рис. 44), где часть усилия (порядка нескольких килограммов) преодолевается машинистом при управлении рукоятью. Рис. 44. Принципиальная схема следящей системы
В такой системе при подаче масла через золотниковое устройство в цилиндр сервомотора начинается пере- Рис. 45. Схема рулевого управления со следящей гидравлической системой мещение штока 1 сервомотора, преодолевающего рабочее сопротивление. Рычаг 2, управляющий золотником, соединен со штоком 1 штангами 3 так, что при перемещении штока в одном направлении золотник перемещается в обратном направлении, перекрывая отверстие подачи масла в цилиндр сервомотора, которое было открыто машинистом. Следовательно, золотник все время «следит» за движением сервопоршня. Такая система называется следящей. Система рычагов, связывающая шток сервопоршня с осью золотника, называется обратной связью. Пример применения следящей системы для управления рулевым механизмом показан на рис. 45. При вращении штурвала 1 золотник 2, перемещаясь, открывает -отверстие подачи масла в цилиндр 3, в результате чего поршень начинает двигаться вместе со штоком, на конце которого закреплена рейка 4. При своем движении рейка поворачивает зубчатый сектор 5, в свою очередь, поворачивающий рулевую сошку 6, соединенную с продольной рулевой тягой 7. Одновременно при повороте сектора штурвал 1 возвращается в исходное положение, в результате чего прекращается доступ масла в цилиндр 3. Следовательно, чтобы перемещать ось рулевой тяги, необходимо все время вращать штурвал, что делает чувствительным этот механизм. Система управления с усилителями пневматического действия Для управления многими механизмами строительных машин применяются пневматические системы управления (рис. 46). В таких системах компрессор приводится в действие от коробки Рис. 46. Принципиальная схема пневматического управления: 1 — компрессор, 2 — предохранительный клапан, 3 — масловла-гоотделитель, 4 — манометр, 5 — ресивер, 6 — распределитель, 7 — пневматический цилиндр, S — камера с диафрагмой •отбора мощности и подает воздух в ресивер. На пути к ресиверу устанавливается редукционный клапан и влагомаслоотдели-тель. Из ресивера воздух через распределитель подается к пневмосервомотору. В описываемой схеме он представляет собой камеру с диафрагмой, которая передает усилие на управляемую часть механизма. Пневматические системы управления отличаются высокой плавностью включения, простотой регулировки, надежностью Действия; утечки воздуха не отражаются на качестве работы системы. Обычно эти системы работают на давлении 600—700 кн/м2, в то время как в гидравлических системах рабочие давления достигают иногда 30 000 кн/м2, вследствие чего исполнительные Широкое применение получили системы пневматического управления, где в качестве пневмомотора применены пневмока* мерные муфты (рис. 47). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ II органы в пневматических системах имеют значительные габарит ные размеры, что является их недостатком.
Рис. 47. Схема пневматического управления с помощью пневмокамерной муфты: 1 — патрубок подачи сжатого воздуха, 2 — клапанная коробка, 3 — клапан быстрого оттормаживания, 4— камера с диафрагмой, 5 — шток, передающий усилие тормозной системы лебедки, 6 — пневмокамерная муфта
1.    Какие эксплуатационные требования предъявляются к землеройнотранспортным машинам? 2.    Из каких частей состоит землеройно-транспортная машина? 3.    Перечислите конструктивно-эксплуатационные характеристики машины. Какие Вы знаете виды производительности? Приведите формулы для их определения. 4.    Что определяет проходимость машины? 5.    Приведите зависимости для определения устойчивости машины. 6.    Что такое удельная металлоемкость и удельная энергоемкость машины? 7.    Перечислите общие положения по выбору конструкции и унификации землеройно-транспортных машин. 8.    Что такое параметрический ряд и как он определяется? 9.    Из чего состоит силовое оборудование машины? 10.    Перечислите, какие существуют режимы работы машин и начертите графики этих режимов. 11.    Начертите кривые мягкой и жесткой характеристик. 12.    Напишите зависимости для определения коэффициента запаса крутящего момента и коэффициента приспособляемости. 13.    Что такое перегрузочная способность двигателя и как она определяется? 14.    Начертите зависимости мощности, крутящего момента и расхода горючего от числа оборотов двигателя. 15.    Что такое трансмиссия и какие существуют типы трансмиссий. 16.    Напишите зависимость для определения мощности объемного гидропривода. 17.    Напишите зависимости для определения передаточного отношения и к. п. д. гидротрансформатора. 18.    Перечислите движители землеройно-транспортных машин. 19.    Что такое сила тяги по двигателю и сила тяги по сцеплению? 20.    Напишите зависимости для определения силы тяги по сцеплению и по двигателю. 21.    Какие Вы знаете системы управления? 22.    Начертите схему управления непосредственного действия, а также с гидравлическими и пневматическими усилителями. 23.    Начертите схему управления со следящей системой. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН С ГРУНТОМ Исследования в области разрушения грунтов впервые были начаты акад. В. П. Горячкиным, создавшим теоретические основы для расчета большинства сельскохозяйственных • машин. В области исследования процессов разрушения грунтов строительными машинами первые работы были проведены Н. Г. Домбровским; полученные им данные легли в основу проектирования экскаваторов и нормирования экскаваторных работ. Обширные исследования по механике резания грунтов различными инструментами были выполнены А. Н. Зелениным, они представляют большой практический и научный интерес. Значительные работы по изучению процессов резания талых и мерзлых грунтов, а также влиянию геометрии и других параметров на процессе резания были проделаны И. Я. Айзеншто-ком, Ю. А. Ветровым, А. С. Ребровым, М. И. Гальпериным, В. Д. Абезгаузом и другими исследователями. § 1. РАБОЧИЕ ОРГАНЫ Рабочие органы землеройно-транспортных машин могут быть следующих типов: 1.    Рабочие органы, разрушающие и отделяющие грунт от массива, подготавливая его к транспортированию. К ним относятся рыхлители различных конструкций. 2.    Рабочие органы, отделяющие грунт от массива и перемещающие его (без применения емкостей) при движении машины. Это отвалы бульдозеров различных конструкций, ножи автогрейдеров, струги. Иногда такие рабочие органы выполняются как одно целое с рыхлителем. 3.    Рабочие органы, представляющие собой емкости (ковши), режущая часть которых отделяет грунт от массива с одновре менным заполнением их, в которых грунт и транспортируется при движении всей машины или части ее. Для выбора рационального рабочего органа и эффективной эксплуатации машин большое значение имеют силы сопротивления, возникающие при отделении грунта, заполнении ковшей и перемещении грунта. Величины этих сил зависят от геометрии режущей части рабочего органа, от конструкции его в целом, от физико-механиче^-ских свойств грунта, от того, работают машины по целине или по предварительно разрыхленному грунту, а также от режимов работы. § 2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ Основными физико-механическими свойствами грунтов являются: 1.    Гранулометрический состав, т. е. процентное содержание по весу частиц различной крупности: гальки (40 мм), гравия (2—40 мм), песка (0,25—2 мм), песчаной пыли (0,05— 0,25 мм), пылеватых частиц (0,005—0,05 мм) и глинистых частиц (менее 0,005 мм). 2.    Объемный в е с, т. е. отношение веса грунта к его объему при естественной влажности. Для грунтов он составляет от 15 до 20 кн/м3 (1,5—2 т/м3). 3.    П о р и ст о ст ь — объем пор, заполненных водой и воздухом в процентах от общего объема грунта. Она характеризуется коэффициентом пористости, представляющим собой отношение объема занятых водой и воздухом пор к объему твердых частиц. 4.    Весовая влажность — отношение веса воды к весу сухого грунта в %. При заполнении водой не более !/з объема пор грунты считаются сухими; при заполнении от !/з до 2/з объема пор — влажными и при заполнении более 2/з объема пор — мокрыми. 5.    Связность (взаимное сцепление частиц) — способность грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием внешних нагрузок. Типичным представителем связных грунтов являются глину, несвязных грунтов — сухие пески. 6.    Пластичность —■ свойство грунта изменять свою форму под действием внешних сил и сохранять эту форму после удаления внешних сил. Наибольшей пластичностью отличаются влажные глины; песок и промытый гравий — материалы непластичные. Таблица 7 Числа пластичности грунтов по ОСТ 90004—38 Число Грунт пластич ности Высокопластичные (глины) . Пластичные (суглинки) . . Слабо пластичные (супеси) . Непластичные (пески) . . ,
Пластичность характеризуется числом пластичности ип (табл. 7), которое определяется как разность между величинами влажности при пределе текучести ат и при пределе раскатывания сор, выраженной в процентах: Пределом текучести считается весовая влажность грунта, при которой конус весом в 76 г с углом при вершине 30° погружается в грунт под действием собственной силы тяжести за 5 сек на глубину 10 мм. Пределом раскатывания (пределом пластичности) считается весовая влажность, при которой грунт, раскатываемый в жгут толщиной 3 мм, начинает крошиться. Состояние связных грунтов характеризуется также их консистенцией, которая может изменяться от текучей до твердой. Она определяется показателем консистенции В до формуле В - <Цт~°>- ,    (3.2>. где со •— влажность грунта в естественном состоянии. При В^.0 грунт является текучим, при 1>£>0 — пластичным, при B^tl — твердым. Пластичные грунты с малым содержанием песка при определенной влажности обладают липкостью, т. е. свойством прилипать к поверхности рабочих органов. Это свойство отрицатель^ но сказывается на работе машин, так как ухудшаются условия резания, перемещения грунта по рабочему органу и опорожнения ковшей. При работе в таких грунтах увеличиваются нагрузки, снижаются режимы работы и производительность. 7.    Прочность. В связи с тем, что грунты, особенно несвязные, имеют незначительную прочность, не удается пользо* ваться такими характеристиками, как прочность на одноосное: сжатие или растяжение. Эти характеристики необходимы при? расчетах, когда разрабатываются мерзлые грунты или горный породы.    I Прочность мерзлых грунтов и пород на растяжение ар в 20—I 30 раз меньше, чем прочность на одноосное сжатие. Из этог:: следует, что наиболее выгодно создавать такие рабочие органы^ которые отделяют грунт от массива преимущественно отрывом* Величины прочности различных мерзлых грунтов в зависимости от влажности и температуры приводятся на рис. 48. 8.    Сопротивление сдвигу. Под действием механической нагрузки грунт разрушается в результате деформаций, превосходящих предельные значения. Считается, что эти деформации происходят по плоскостям скольжения (плоскостям, по кото* рым происходит сдвиг одних частиц относительно других). г При разрушении грунта частицы сопротивляются относительному сдвигу. Это сопротивление характеризуется величиной сцепления. Сопротивление сдвигу по плоскости скольжения увеличивается в результате внутреннего трения частиц, возникаю щего под действием нормальных напряжений. Если выделить условно сдвигаемую частицу грунта, то напряжения, действующие в плоскости скольжения частицы, могут быть упрощенно представлены так, как показано на рис. 49. Таким образом, чтобы нарушить монолитность грунта, необходимо, чтобы суммарное касательное напряжение от тангенциальных и нормальных сил в плоскости скольжения было равно наибольшему касательному напряжению тюах:
-12 ЧБ t С
Рис. 48. Предел прочности на одноосное сжатие мерзлых грунтов в зависимости от температуры и влажности (о в %:
1 — песок (со = 16-Н7), 2— тяжелые супеси ((0=22-у-23), 3— супесь (со=11-М2), 4 — супесь (со=21н-26), 5 — глина (©=434--ь 49), 6 — пылеватая глина с органическим веществом ((0 = -52Н-62)
9.    Угол естественного откоса <р—-угол у основания конуса, который образуется при отсыпании разрыхленного грунта с некоторой высоты. Этот угол зависит от величины коэффициента внутреннего трения и от связности. Для несвязных грунтов угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.
+ /о =
(3.3)
• касательные напряжения в плоскости скольжения от действия тангенциальных сил; -    коэффициент внутреннего трения; -    нормальное напряжение в плоскости скольжения.
то
то
Рис. 49. Условия равновесия частицы грунта на откосе
о -ч
Величины углов естественного откоса приводятся в табл. 8. 10.    Сопротивление грунта вдавливанию. При вдавливании в грунт штампа или какой-либо опорной поверхности (ходовой части машины, элемента рабочего органа) под штампом происходят деформации в условиях, близких’к всестороннему сжатию (т. е. когда на элемент грунта действуют Таблица 8 Углы естественного откоса насыпных грунтов в град Состояние грунта Песок Глина Сугли Расти грунт ности тощая Сухой...... Влажный .... Мокрый ..... одновременно окружающий массив и поверхность штампа так, что элемент оказывается сжатым со всех сторон). Чем ближе к поверхности грунта расположен элемент, тем меньше влияние всестороннего сжатия. Вдавливание на небольшую глубину (до 1 см) называют смятием. При этом усилие, необходимое для вдавливания штампа, во много раз меньше, чем при вдавливании штампа на значительную глубину. В частности, допускаемые нагрузки для ходовых частей" машин предусматривают погружение до 6—12 см. Величина усилия, необходимого для вдавливания штампа, зависит от размеров штампа. Чем меньше он, тем больше должно быть удельное усилие при вдавливании. Таблица 9 Коэффициенты сопротивления грунтов смятию р0 и допускаемые давления на ходовую часть машин р$ в кн/м2 Грунты Мокрая глина, рыхлый песок, пашня....... Крупный песок, влажная глина" средней плотности . Глина средней плотности и плотная ........ Плотная глина средней влажности, мергель и лёсс Плотная глина, мергель и лёсс сухие....... 800—1000 1100—1500 В табл. 9 приводятся данные о коэффициентах сопротивления различных грунтов смятию р0 и допускаемых давлениях на ходовую часть машины рд. 11. Абразивность (от латинского слова abrasio — соскабливать) — способность материала оказывать истирающее действие на другой материал. Абразивность грунтов из горных пород в значительной степени определяет износ рабочих органов землеройных машин. Имеются различные методы оценки абразивности, однако все они пока еще являются относительными, так как износ зависит от удельных давлений, скорости взаимного перемещения и прочностных показателей. При одних и тех же прочностных показателях величина износа может быть различной. Наиболее широко пользуются методом, при котором за меру абразивности принят относительный износ ш0, измеряемый отношением объемного износа стали Лис к объемному износу грунта или породы Avn: 12. Коэффициенты трения грунта о сталь игрун-та о грунт. Значительные потери мощности происходят из-за трения грунта о рабочий орган, а также трения грунта о грунт. Так, усилие на преодоление сил трения при работе скрепера составляет 15% от общего усилия копания в грунтах IV категории. Эти потери значительно возрастают в грунтах I, II и III категорий. Например, ё грунтах III категории это усилие составляет уже 31 % от усилия копания. Величина коэффициента трения грунта о грунт зависит от того, разрыхлен грунт или нет. В первом случае величина этого коэффициента на 20—40% больше. Установлено, что на коэффициент трения существенно влияет удельное давление. С повышением удельного давления от 200 до 600 кн/м2 коэффициент трения снижается в среднем на глинах до 17%, на суглинках до 6,5%. Данных о коэффициентах трения грунта о грунт еще очень мало. Поэтому для ориентировочных расчетов можно принимать коэффициент внутреннего трения (табл. 10) равным коэффициенту трения грунта о грунт. Таблица 10 Коэффициенты трения грунтов и насыпных материалов Коэффициент Коэффициент Наименование грунтзв и насыпных материалов внутреннего трения грунта трения ft о сталь f Песок..................... 0,58—0,75 Чернозем................... 0,58—0,75 Гравий ..................... 0,62—0,78 Сухая глина.................. 0,75—1,0 Мелкая галька................. Мергель.................... 0,75—1,0 Глина, насыщенная водой............ 0,18—0,42 Щебень................... . Шлак доменный, руда............. Цемент.................... 4 Н. Г. Домбровский, М. И. Гальперин Коэффициент трения грунта о сталь зависит от состояния поверхности стали и физико-механических свойств грунта. 13. Разрыхляемость определяется как отношение объема разрыхленного грунта Vp к объему V первоначальному (в плотном теле). Величина коэффициентов разрыхления кр—- Yz приводится в табл. 11. Таблица II Коэффициенты разрыхления грунтов и пород Коэффициенты разрыхления гория Наименование грунтов и пород первоначаль грунтов остаточного Песок, супесок............. 1,08—1,17 Растительный грунт и торф....... 1,20—1,30 Лёссовидный суглинок, рыхлый влажный лёсс, гравий размером до 15 мм...... Жирная глина, тяжелый суглинок, круп 1,14—1,28 1,24—1,30 ный гравий, лёсс естественной влажности . Ломовая глина, суглинок со щебнем . . . 1,26—1,32 Отвердевший лёсс, мягкий мергель, опоки, трепел .................. 1,33—1,37 Крепкий мергель, мягкий трещиноватый скалистый грунт ............. 1,30—1,45 Скала и руда............. 1,40—1,50 Первоначальное разрыхление — это разрыхление, наблюдаемое сразу после отделения грунта от массива; остаточное разрыхление наблюдается через некоторое время после укладки грунта в отвал или насыпь, где происходит его самоуплотнение без трамбования. Копание и резание грунтов Копание — совокупность процессов отделения грунта от массива, включающих резание грунта, перемещение его по рабочему органу и впереди последнего, а в отдельных случаях и перемещение внутри рабочего органа (в частности, в ковшах экскаваторов). Резание — процесс отделения грунта от массива при помощи режущей части рабочего органа, обычно имеющей вид клина. Режущая часть рабочего органа (рис. 50, а) характеризуется углом заострения |3, задним углом а, передним углом у, углом резания б — Р + а, шириной режущей кромки Ъ. Рабочий орган перемещается обычно в двух направлениях- Одно из них — движение, при котором отделяется стружка3, другое (оно может быть названо движением подачи) — при котором изменяется толщина стружки. Скорость движения подачи обычно в несколько раз меньше скорости главного движения. Соотношение скоростей этих движений в известной мере определяет траекторию рабочего органа. Рис. 50. Геометрия рабочего органа В землеройно-транспортных машинах режущий орган (нож) предварительно внедряется в грунт до определенной глубины, а затем, двигаясь в нужном направлении, срезает стружку заданной толщины. Как правило, внедрение в грунт происходит в результате одновременного перемещения ножа вглубь и вперед. В одних случаях нож сначала перемещается вглубь грунта, а потом движется вперед для отделения стружки; в других эти два перемещения осуществляются в течение всего процесса резания или большей его части [например, в ковшах экскаваторов, в бурах бурильных машин (рис. 50, б)]. Во всех случаях грунт отделяется от массива благодаря внедрению передней грани рабочего органа так же, как внедряется плоский штамп (рис. 51) в грунт с ■одной открытой стенкой4. Механику отделения грунта от массива в процессе резания можно представить так. Передняя грань рабочего органа, перемещаясь, деформирует грунт. У передней грани формируется уплотненное ядро (рис. 52), которое, двигаясь перед режущей частью рабочего органа, внедряется в массив и отделяет стружку. Размеры ядра в процессе резания непрерывно изменяются, а само ядро периодически обновляется. При углах резания, меньших 30°, у большинства грунтов ядро не образуется. В этом случае стружка отделяется под воздействием передней грани рабочего органа. Рис. 51. Внедрение штампа у одной открытой стенки Грунт отделяется от массива в результате сдвига или отрыва. Характер этого отделения зависит от физико-механических свойств грунта, геометрии рабочего органа и режимов работы. Определение отдельных параметров процесса резания и копания грунта, усилий, наивыгоднейших режимов, геометрии рабочего органа из-за сложности процесса и одновременного влияния многих факторов пока еще не получило аналитического решения. В основном усилия и режимы подбираются на основе экспериментальных данных. При отделении грунта от массива возникают следующие сопротивления (рис. 50): 1. Сила резания, касательная к траектории (сопротивление внедрению передней грани рабочего органа в грунт) Рр. Эта сила зависит от ширины b и толщины с срезаемой стружки, от физико-механических свойств грунта и от геометрии режущей части рабочего органа. Принято оценивать величину Рр по относительной величине, так называемому удельному сопротивлению резания: k = н/м2 (:кГ/см2).    (3.5) Различают следующие условия резания: блокированное, полусвободное и свободное. Величина kp зависит от того, в каких условиях осуществляется резание. При блокированном резании режущая часть рабочего органа разрушает грунт передней и двумя боковыми режущими кромками, при полусвободном — передней и одной боковой режущей кромкой, при свободном — только передней режущей кромкой. На практике осуществляется чаще всего полусвободное резание. При резании грунта величина Рр даже при площади сечения стружки F=bc = const не постоянна, а зависит от того, как меняются при данном F величины b и с. На рис. 53, а и б показан характер изменения кривых удельных сопротивлений резанию в зависимости от толщины, ширины стружки и условий резания. Кривые построены как отношение удельных сопротивлений резанию kp при разных величинах Ь иск удельным сопротивлениям резанию kPo при постоянных значениях b и с. Изменение величины kp (рис. 53) объясняется тем, что по мере увеличения толщины стружки с усиливается влияние всестороннего сжатия, что повышает сопротивление kp. Одновременно с увеличением с уменьшается расход энергии при разрушении грунта внутри самой стружки, что должно снижать величину kp.
Рис. 53. Удельное сопротивление резанию при разработке грунтов рабочими органами: а — в зависимости от толщины стружки с: 1 — при блокированном резании, 2 — при полусвободном резании, 3— при свободном резании, б — в зависимости от ширины стружки е
а) 6)
До определенных значений с по мере его увеличения второй фактор оказывает большее влияние и, следовательно, величина kp уменьшается. После увеличения с сверх определенных значений большее влияние оказывает всестороннее сжатие и сопротивление kp увеличивается. Это продолжается, пока значение с не достигнет величины си после чего значения kp стабилизируются. С увеличением b величина kp уменьшается и после определенных значений b она также стабилизируется. При полусвободном и свободном резании удельное сопротивление с увеличением с при постоянном Ь уменьшается и после определенных значений с тоже стабилизируется. Величина kp в значительной степени зависит от физико-меха-нических свойств грунта и в большей степени от его прочности на одноосное сжатие. Последняя зависит от влажности, объемного веса, пластичности, связности грунта и других параметров. Так как прочность на одноосное сжатие многих талых грунтов мала и трудно поддается измерению, а для некоторых грунтов, например для песков, ее вообще нельзя измерить, то трудность разработки характеризуют категорией грунта. При этом оценка разрушения грунтов может быть произведена по удельным сопротивлениям резанию kp и копанию kt (см. табл. 12). Таблица 12 Величины коэффициентов удельного сопротивления резанию и копанию Удельное сопротивление в кн/м2 (кГ /см2) гория Наименование грунтов резанию копанию ki экскаватор с прямой лопатой драглайна Песок, супесок, легкий и сред ний влажный и разрыхленный суглинок (0,1—0,3) (0,16—0,8) (0,3—1,2) Суглинок, гравий мелкий и средний, легкая влажная или разрыхленная глина (мягкая) (0,27—0,6) (0,7—1,6) (1,0—2,0) Суглинок плотный, глина средняя, тяжелая влажная или разрыхленная, уголь мягкий (0,55—1,3) (1,2—2,5) Суглинок тяжелый с щебнем или галькой, глина тяжелая и очень тяжелая влажная, уголь средней крепости, конгломерат слабо сцементированный (1,3—2,5) (2,2—3,6) (2,5—4,2) Сланцы средние, глина тяже лая сухая, лёсс плотный отвердевшей, мел и гипс мягкие, мергель мягкий (2,3—3,2) (3,3—4,5) (4,0—5,5) Ракушечник, известняк мягкий, пористый, мел, сланцы, мергель и гийс средней крепости, уголь крепкий 300—550 (3,0-5,5) 430—750 (4,3—7,5) Сланцы, мергель, мел и гипс крепкие, известняк средней кре'~ пости, песчаник мягкий, мерзлые грунты 600—2000 (6,0—20,0) 850—3500 (8,5—35,0) Скальные и мерзлые породы, хорошо взорванные 220—250 (2,2—2,5) 280—310 (2,8—3,1) Данных о коэффициентах удельного сопротивления копанию для землеройно-транспортных машин пока еще очень мало. Поэтому для оценки порядка величин и сравнения их с величинами kp в табл. 12 приводятся коэффициенты k\ для экскаваторов. Под удельным сопротивлением качению k\ следует понимать отношение полной силы сопротивления движению рабочего органа в направлении резания к площади сечения снимаемой стружки. Важным параметром при оценке процессов резания является энергоемкость, т. е. расход энергии на единицу разрушенного объема в кГм/м3 или квт-ч/мъ. Энергоемкость процесса разрушения пропорциональна величинам удельных сопротивлений резанию. Надо стремиться работать на таких режимах и в таких условиях, при которых энергоемкость разрушения была бы минимальной. Такими условиями в данном случае являются свободное или полусвободное резание. Известно несколько методов и приборов для быстрой оценки сопротивляемости различных грунтов резанию — эталонный нож Ветрова, сдвигомеры, ударник ДорНИИ. По первым еще нетдо-статочных опытных данных. Процесс дей-I —1 J    ствия ударника во многих грунтах резко
отличается от процесса резания и поэтому зависимость между сопротивлением резания и числом ударов ударника нарушается. Ударник ДорНИИ (рис. 54) представляет собой стержень, к которому приварены две - шайбы. Между ними по стержню свободно перемещается груз м л :ой 2,5 кГ. Стержень устанавливают одним концом на поверхность грунта, поднимают груз в верхнее положение и отпускают его. Падая с высоты 0,4 м, груз ударяют по нижней шайбе. При этом работа одного удара составляет 10 дж (1 кГм).
Под действием удара стержень внедряется в грунт. В зависимости от физико-механических свойств грунта для внедрения стержня на глубину 0,1 м требуется различное Рис. 54. Ударник кон- число ударов: например, в просеянный песок струкции ДорНИИ влажностью 9,2% требуется всего один удар, а в легкий суглинок влажностью 10,6% — 12 ударов. Величина kp зависит также от геометрии режущей части рабочего органа. Опыты показывают, что для большинства грунтов оптимальное значение угла резания б должно быть 20—30°. При меньших углах б лезвие получается очень тонким. С увеличением этого угла удельное сопротивление резанию возрастает. Задний угол а должен быть не меньше 7°, особенно для экскаваторов и бурильных машин, при работе которых в результате сложного перемещения рабочего органа угол а фактически уменьшается. При a = 7-f-10° не всегда можно достигнуть, чтобы угол резания составлял 20—30°, так как в этом случае угол заострения р не превышает 25°, а при такой величине угла заострения прочность режущей части рабочего органа недостаточна. Поэтому угол р делают больше 25°, тогда при а =7-^10° угол резания получается очень часто больше 20—30°. С увеличением угла б на каждые 10° удельное сопротивление резанию возрастает примерно на 10—12%. Поэтому, если прочность режущей части достаточна, то следует работать на углах, близких к оптимальным значениям. По известным величинам kp для различных значений бис определяется сила Рр: Pp = kpbc.    (3.6) 2. Сила сопротивления внедрению режущего лезвия рабочего органа в грунт Рп (в направлении, нормальном к траектории) , т. е. сила подачи. Как правило, режущая часть рабочего органа быстро затупляется и на ней образуется так называемая площадка затуп-

Pifc. 55. Виды затупления режущего лезвия ления. Профи.^ь площадки затупления может совпадать или не совпадать с траекторией движения режущего лезвия. На форму профиля влияют физико-механические свойства грунта и режимы работы. Сила Рп зависит от величины площадки затупления, ее профиля и физико-механических свойств грунта. На рис. 55 показан различный характер затупления режущего лезвия и возникающие при этом силы. Если траектория движения совпадает с профилем площадки затупления и радиус закругления незначителен, то можно считать, что сопротивление Рп возникает только при отжиме рабочего органа от поверхности грунта (рис. 55, а) в результате упругого последействия. Если траектория движения совпадает с профилем площадки затупления и при этом на режущей кромке образовался радиус закругления, определяющий площадку затупления, то появляются дополнительные силы, отжимающие рабочий орган в процессе резания. Это объясняется тем, что на участке затупления задний угол принимает отрицательное значение и при перемещении рабочего органа появляется составляющая Р-потж от силы Ротж, направление которой совпадает с направлением силы Рп (рис. 55, б). Если профиль траектории не совпадает с профилем площадки затупления, то выступающая за траекторию часть (рис. 55, в) внедряется в грунт. Сила Рп при этом определяется сопротивлением внедрению выступающей части в грунт. Наибольшее значение сила Рп будет иметь в последнем случае, для которого величина Рп может быть определена следующей зависимостью: (3.7)
где F' k2
проекция сечения площадки затупления плоскостью поверхности грунта (рис. 55, в); удельное сопротивление внедрению площадки затупления в грунт. Можно принять, что площадка затупления вдавливается в грунт так же, как внедряется штамп в условиях, близких к условиям всестороннего сжатия. Усилие, необходимое для вдавливания штампа, изменяется в зависимости от глубины внедрения. До определенной глубины усилие возрастает, так как под площадкой затупления формируется ядро уплотнения. Рис. 56. Изменение усилий при вдавливании плоского штампа в мерзлый песок в условиях всестороннего сжатия
При определенной глубине внедрения, неодинаковой для различных материалов, размеров и форм штампа, усилие становится постоянным. Характер изменения этих усилий для мерзлого песка при t= —15°, влажности 18%, прочности на одноосное сжатие 8000 кн/м2 (80 кг/см2), сечении штампа 10~4 м2 (1 см2) показан на рис. 56. Величина k2 так же, как и величина kv, определяется пока экспериментально. Значение сопротивления k2 всегда больше kv, так как внедрение площадки затупления происходит в условиях, близких к всестороннему сжатию. Свободной в этом случае бывает только задняя грань. 3. Сила трения рабочего органа о грунт тр 1'
где / — коэффициент трения между сталью и грунтом. Сила Р TPl значительно возрастает с увеличением площадки затупления и может не только составить значительную долю от величины Рр, но даже и превзойдет и ее; поэтому надо следить за тем, чтобы рабочие органы своевременно затачивались, так как с увеличением затупления резко возрастают нагрузки на привод и снижается производительность. Помимо перечисленных сил, в процессе резания возникают сопротивления от перемещения грунта вдоль передней грани рабочего органа Ртр2 или поперек ее PTpZ, а также сопротивления от заполнения рабочих органов грунтом или породой Р3 или от перемещения призмы волочения впереди рабочего органа Рпр. Эти сопротивления зависят от конструкции рабочих органов и характера их перемещений и рассматриваются конкретно для каждого рабочего органа. При работе одних рабочих органов действуют все указанные силы (сопротивления), а при работе других некоторые из этих сил могут отсутствовать. Точно так же в различные периоды работы могут действовать или все или только некоторые из этих сил. Проф. Н. Г. Домбровским предложено определять общее сопротивление копаншо Р0__как сумму составляющих сил Рр, Рп, Ртрv Ртр 2> Ртр 3> Р3 и Рпр. При этом он рассматривает две составляющие общего сопротивления. Первая из них направлена по линии главного движения — движения резания, вторая — по нормали к ней (рис. 50,6). Первую он назвал касательной силой копа^я, обозначив ее через Рои а вторую—-нормальной силой копайия, обозначив ее Р0ч. Для определения касательной силы Рщ могут быть использованы величины удельного сопротивления копания k{, помещенные в табл. 12. Тогда сила Poi ~ ki F,    (3.9) где F — площадь сечения срезаемой стружки. Пользуясь значениями ku приведенными в табл. 12, следует иметь в виду, что большой диапазон указанных величин объясняется разнообразием условий работы, размеров и конструкций рабочих органов, которые влияют на величину k\. В зависимости от величины Роь типа машины, конструкции, площадки затупления, траектории и других параметров нормальную силу копания можно назначать в пределах Р02 = (0,1 -0,45) Ро1.    (3.10) Большее значение принимается для более тонких стружек, интенсивного заглубления и затупленного рабочего органа. Проф. А. Н. Зеленин предлагает для определения сопротивлений резанию также пользоваться эмпирической зависимостью, в которой в качестве константы, характеризующей физико-Ме-ханические свойства грунта, принята плотность, характеризуемая числом ударов С плотномера (ударника) ДорНИИ, необходимым для внедрения его наконечника на определенную глубину: Pp = Chl-35(l +2,6/) (1+0,0075а)2, где h — глубина резания в см; I — длина горизонтального профиля ковша в м; а — угол резания в град; г—коэффициент, учитывающий влияние зубьев и зависящий от величины h, I и соотношения между шириной и толщиной стружки. Проф. Ю. А. Ветров предложил определять усилия резания как сумму сопротивлений грунта перед резцом и в боковых расширениях прорези, сопротивления срезу грунта по боковым граням вблизи режущей кромки и сопротивления трению изношенной площадки на задней грани резца: Рр = ? tnC3 bh + 2тбок /г2 + 2тбок cph + Рпл иш L, где b и h — соответственно ширина и глубина среза; ср —коэффициент, учитывающий влияние угла ре зания; тсв — удельная сила резания в лобовой части прорези при угле резания 45°; тбок — коэффициент, характеризующий силу разрушения грунта в боковых частях прорези; тбок~ср — коэффициент, характеризующий удельную силу среза грунта одним из боковых ребер ножа; Рпл-изн — сила, необходимая для преодоления дополнительного сопротивления грунта из-за износа инструмента. приходящаяся на единицу длины режущей кромки; L — длина изношенной режущей кромки, равная при блокированном резании ширине среза Ь. Величины ф, тсв, тбок, шбок.ср, Рпл.изн определяются экспериментально. Для определения силы тсв Ю. А. Ветров предлагает пользоваться зависимостью, выведенной им на основании теории предельного равновесия сыпучей среды: Рсв = ?тсв- Проф. М. И. Гальперин и канд. техн. наук В. Д. Абезгауз предложили определять усилия резания горных пород и мерзлых грунтов по формуле '    pp = (VF + kF'f)ae, 'где ов — предел прочности породы на одноосное сжатие; k' и k — коэффициенты критического напряжения соответственно для условий внедрения передней и задней граней в грунт; F и F' — рабочие поверхности внедрения соответственно передней и задней изношенных граней режущей части; / — коэффициент трения режущей части рабочего органа о грунт. Коэффициенты k' и k определяются опытным путем как отношение удельного сопротивления внедрению инструмента к пределу прочности о . Величина k' зависит от значений с и Ь, а величина k — от значений F'. Кроме того, коэффициент k' зависит от условий резания (блокированное, полублокированное, свободное). Более общие формулы для определения касательной и нормальной составляющих сил резания, которые учитывают особенности механики процесса резания и процесса внедрения задней изношенной поверхности инструмента в разрушаемый материал, выведены J^-Д. Абезгаузом. Эти формулы пригодны как для расчетов сил резания грунтов, так и горных пород. Они имеют следующий вид: Pp=cboc(kp+ks^+ce°b pn = k№cb (л2 4- е0 Ь), где    0С — прочность породы или грунта при всестороннем сжатии; kp\ kN\ ks— соответственно коэффициенты сопротивления резанию, вдавливанию и внедрению; Д2 — средний линейный износ режущей части по задней поверхности; е0 — коэффициент толщины уплотненного ядра. Коэффициент kp учитывает отличие условий резания от всестороннего сжатия. Величина его зависит от режимов резания (с, b, vp), условий резания (степени блокированное™) и угла резания. Коэффициент kN зависит от упругопластических свойств породы или грунта, величины и профиля изношенной поверхности. На коэффициент ks влияют те же параметры, что и на kN, и, кроме того, коэффициент трения резца по породе или грунту. Величины kp, kN и ks определяются по результатам опытов при внедрении штампов в условиях всестороннего сжатия или в граничный слой. При наличии уплотненного ядра величина ео может быть принята равной 1/'э, когда с>Ь, а при отсутствии ядра ео = 0. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ III 1.    Перечислите основные физико-механические свойства грунтов. 2.    Напишите зависимости для определения сил сопротивления сдвигу. 3.    Какая разница между копанием и резанием? 4.    Начертите режущую часть рабочего органа с обозначением всех геометрических параметров. 5.    Вычертите кривую величины удельного сопротивления резанию в зави--еимости от толщины и ширины стружки и при постоянной/ площади сечения* стружки.    / 6.    Какая разница между коэффициентом удельного сопротивления реза-; нию и коэффициентом копания. 7.    Напишите формулы сил резания и копания, выведенные Домбровским* Зелениным, Ветровым, Гальпериным и Дбезгаузом. 8.    Опишите процесс отделения грунта от массива рабочими органами. ТЯГАЧИ КАК БАЗА ДЛЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Для агрегатирования землеройно-транспортных машин, отвечающих современным требованиям, необходимы: 1)    одноосные тягачи мощностью 74—2200 кет (100— 3000 л. с.); 2)    двухосные короткобазовые тягачи мощностью 4,4— 2200 кет (6—3000 л. с.); 3)    седельные двухосные и трехосные тягачи мощностью 74— 2200 кет (100—3000 л. с.); 4)    узлы для специального агрегатирования колесных машин; 5)    гусеничные тягачи. Тягачи могут классифицироваться по мощности, силе тяги, нагрузке на ось, массе, числу осей и колес, по способу поворота, по типу привода и трансмиссии, управления, по типу шин и по сцепному устройству. Наиболее целесообразна классификация по параметрам, определяющим конструкцию узлов. К таким параметрам относятся число осей и сцепное устройство. § 1. ОДНООСНЫЕ ТЯГАЧИ Одноосный тягач (рис. 57) в отличие от других типов тягачей не может самостоятельно передвигаться и выполнять какие бы то ни было рабочие операции, кроме тех, для которых нужен стационарный двигатель. Он агрегатируется с полуприцепом и образует с ним самостоятельную машину. Одноосный тягач имеет все агрегаты, свойственные тягачу: двигатель, трансмиссию, ведущий мост, колеса с пневматическими шинами, сцепное устройство, привод для управления полуприцепом, механизмы управления тягачом и полуприцепом. Трансмиссия тягача (рис. 58) имеет планетарную передачу, гидротрансформатор и автоматическую коробку передач с тремя переключаемыми вручную диапазонами переднего и одним заднего хода. Верхний карданный вал приводит в действие насос и компрессор. Особенностью конструкции данной трансмиссии является автоматическое устройство, которое при небольшом сопротивлении движению уменьшает часть момента, передаваемого на гидротрансформатор, соответственно увеличивая момент прямой передачи, полностью выключая гидротрансформатор на Рис. 57. Одноосный тягач мощностью 180 кет (250 л, с.) с полуприцепным скрепером емкостью 13,7 м3 и общей массой 21,7 т (без нагрузки). Наибольшая скорость 50 км/ч Рис. 58. Трансмиссия одноосного тягача, показанного на рис. 57 больших скоростях. В случае буксования одного из колес, уменьшается крутящий момент и'часть его передается на другое колесо. Это позволяет значительно повысить проходимость машины. Такая трансмиссия обеспечивает девять передач переднего хода и две заднего. Тягач может быть снабжен механической коробкой передач без гидротрансформатора с шестью передачами переднего хода и двумя заднего. Ее тяговые характеристики см. на рис. 59. Могилевский завод выпускает тягач 529 мощностью 176 кет (240 л. с.) для скрепера емкостью 10 ж3. Вертикальная нагрузка седельного устройства такого тягача достигает 120 кн (12 т), нагрузка на ось 193 кн (19,3 г), максимальный преодолеваемый на сухом твердом грунте подъем с полной нагрузкой 20%. Наи-
п о5/ман Рис. 59. Тяговые характеристики Рис. 60. Гидропневматический *    ■    амортизатор сидения большая скорость движения по грунтовым дорогам без груза составляет 50 км/ч. Коленчатый вал двигателя через карданный вал и блок си-ловрй передачи соединен с редуктором ведущего моста тягача, имеюшего дифференциал повышенного трения, что позволяет увеличить проходимость машины. Полуоси ведущего моста — разгруженного типа с концевыми ведущими шестернями, приводящими в движение планетарную передачу колес. Коробка передач имеет пять передач переднего хода и одну заднего. У тягача, предназначенного для буксирования особо тяжелых полуприцепов, первая и пятая передачи сблокированы. Синхронизатор передач обеспечивает плавное включение сцепления. Для большей универсальности тягача раздаточная коробка изготовляется иногда в двух вариантах. Для удобства обслуживания и ремонта вспомогательное оборудование трансмиссии и управления монтируется обычно в задней части тягача. Седельное устройство тягача обеспечивает возможность поворота тягача относительно полуприцепа, а также перекос тягача относительно полуприцепа на 20° в каждую сторону в вертикальной плоскости. Пульт управления водителя помещаете^ либо в кабине, либо открыто сбоку. Обычно пульт (или кабина) располагается с левой стороны. Для большей компактности передняя стенка его иногда выполняется шарнирной и вместе cjo стеклом и приборным щитком открывается вперед. Для Амортизации сиденье снабжается толстой прокладкой из мягкой резины, иногда его крепят шарнирно в трех точках: двух спереди и одной сзади. При этом сзади устанавливают гидропневматический амортизатор (рис. 60). § 2. ДВУХОСНЫЕ ТЯГАЧИ Схемы компоновки двухосных тягачей приведены на рисунках 17 и 61. Для машин с высокими скоростями движения, например быстроходных скреперов, применяют тягачи автомобильного ти- Рис. 61. Схемы компоновки двухосных тягачей па с управляемыми передними колесами меньшего диаметра, чем у обычных тягачей (рис. 61, а). Для короткобазовых тихоходных тягачей, в основном работающих с навесным оборудованием в виде бульдозера или толкача, используется'схема с неповорот-» ными колесами. В этом случае управление поворотом производится с помощью бортовых передач (рис. 61, 6) при приводе колес от одного двигателя или независимым приводом колес от гидро- или электродвигателей. По этой схеме выполнен тягач мощностью 11,8 кет (16 л. с.). Для более универсального применения используются тягачи с поворотными передними колесами такого же диаметра, как Рис. 62. Двухосный седельный тягач мощностью 235 кет (320 л. с.) и задние (рис. 61, в), имеющие больший радиус поворота, чемг первые два типа. По этой схеме выполнены тягачи, изготовляемые Могилевским и Минским заводами. Для машин высокой маневренности, например погрузчиков,, работающих в особо стесненных условиях, целесообразно применять тягачи с поворотными колесами на обеих осях (рис. 61, г). Такая схема обеспечивает движение вбок в том случае, если все колеса повернуты в одну сторону. Более простая компоновка, обеспечивающая также высокую-маневренность, осуществляется в схеме с шарнирной рамой (рис. 61,(9). Такая схема используется на тягачах, выпускаемых Кировским заводом. Недостаток ее заключается в том, что-она уменьшает допустимую нагрузку на тягач от сменного оборудования на 40—50%- а
&
Рис. 64. Тягач из унифицированных узлов с задним расположением двигателя Еще более просто высокая маневренность достигается компоновкой двух одноосных тягачей, соединяемых двигателями наружу, или использованием общего одноосного тягача с шарнирным соединением, смещенным ближе к оси тягача (рис. 61, е). Из рассмотренных схем следует считать наиболее совершенными схемы а, б, в я д. Схемы а, д и е применяются в основном для'седельных тягачей; схема в — как с седельным устройством, так и без него. Характерным представителем схемы а является тягач мощностью 235 кет (320 л. с.) (рис. 62). Тягач имеет массу 12 т и работает с полуприцепным скрепером емкостью 19,1 ж3 и массой 13,3 т. Допускаемая нагрузка полуприцепа 250 кн (25 т). Седельное устройство тягача, в отличие от устанавливаемых на одноосных тягачах, не имеет цилиндров управления. Для управления механизмами полуприцепа тягач оборудован двухбарабаниой лебедкой (в последних конструкциях тягачей канатно-полиспастное управление заменено гидравлическим). Привод осуществлен на заднюю ось. Нагрузка на нее составляет 43% от общей массы с порожним полуприцепом, т. е. 11 т, и до 37,5% общей массы при груженом полуприцепе, что составляет 19,1 т. Скорость движения тягача изменяется от 4,5 до 70 км/ч. Наибольшее тяговое усилие на задние ведущие колеса достигает 142 кн, что составляет около 74% от нагрузки на заднюю ось. Двухосные седельные тягачи, выпускаемые заводами, как правило, унифицированы с одноосными.    > Поскольку нагрузка на седло седельного тягача на 15—20г/о превышает его массу, компоновка седельного тягача представляет значительные возможности для использования его в качестве базы для навесного оборудования. Поэтому седельные тягачи весьма часто применяются для работы с оборудованием погрузчика, экскаватора, крана и т. п. Тягач с приводом от гидромотора на каждое колесо представляет собой маневренную машину: правые и левые его колеса могут реверсироваться независимо от работы другой пары. Гидромоторы колес питаются двумя насосами. Скорость движения тягача достигает 12 км/ч, масса 1,6 т, тяговое усилие 9800 н. Тягач снабжается различным рабочим оборудованием. Двухосный тягач Могилевского завода унифицирован с одноосным тягачом, описанным выше. Он имеет двигатель мощностью 176 кет (240 л. с.), расположенный сзади, массу 12,5 г, наибольшее тяговое усилие 75 кн, скорость до 40 км/ч. Привод обоих мостов представлен механической передачей с карданными валами. Пульт управления помещен в кабине, расположенной в средней части шасси. Передние колеса — управляемые. Наибольшая нагрузка на мост 190 кн (19 т), что позволяет монтировать на машину навесное оборудование массой до 15 г. Основные параметры современных отечественных тягачей приведены в табл. 13. Таблица 13 Основные параметры современных тягачей Параметр «Кировец» Мощность двигателя в кеш (л. с.) . . . ...... Скорость'движения в км/ч Наибольшее тяговое усилие в к ........... 70 ооо; База в мм........ Колея в мм . ....... Обозначение шин..... 14,00—16 15,00—24 Давление в шинах в н/м2 . . 12 5751ц’ Продолжение табл. 13 Параметр БелАЗ БелАЗ БелАЗ БелАЗ Мощность двигателя в кеш (л. с.) .... Скорость движения в км,[ч....... Наибольшее тяговое усилие в н .... База в мм..... Колея в мм..... Обозначение шин . . 21,00—28 27,00—33 27,00—33 Давление в шинах в н/м2 ....... Масса в кг..... На рис. 63 показан сельскохозяйственный тягач, выпускаемый Кировским заводом. Переднее расположение двигателя уменьшает возможность работы с различным навесным оборудованием, независимо от того, что конструкция ограничивает массу навесного оборудования 4,5—5 т. В то же время для работы с прицепом он имеет недостаточную мощность двигателя и соответственно низкую скорость (до 28 км/ч). Все это делает его значительно уступающим тягачу, выпускаемому Могилевским заводом. Тягачи, изготовляемые за рубеж ом, с шарнирной, реже со сплошной рамой (рис. 64), обычно из унифицированных узлов, мощностью до 540 кет (до 730-л. с.) и массой до 72 т, представляют собою мощные тягачи-бульдозеры, хорошо приспособленные для работы с погрузчиками вследствие заднего расположения двигателя, а также и для работы в тяжелых дорожных условиях. Наибольшая скорость их составляет 60 км/ч (тяжелые массой 72 т развивают скорость до 24 км/ч), КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ IV 3. Начертите схему одноосного тягача. 2.    Начертите схему двухосного тягача. 3.    Начертите схему седельного устройства и объясните, как оно работает. 4.    Приведите основные параметры одноосных и двухосных тягачей. 5.    Покажите область применения одноосных и двухосных тягачей. Глава V БУЛЬДОЗЕРЫ § 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Бульдозером называется машина, состоящая из гусеничного или колесного трактора, оборудованного отвалом. Отвал может устанавливаться перпендикулярно к продольной оси трактора, или под углом tp' (q/— угол поворота отвала в плане, т. е. угол между продольной осью трактора и режущим лезвием отвала), что дает возможность перемещать грунт в сторону. В последнем случае машина называется бульдозером с поворотным отвалом. Кроме того отвал иногда может поворачиваться в поперечной вертикальной плоскости и наклоняться, изменяя угол резания. При установке отвала перпендикулярно продольной оси трактора бульдозер с поворотным отвалом работает как бульдозер с неповоротным отвалом. В зависимости от выполняемой работы на раму бульдозера как с поворотным, так и с неповоротным отвалом навешивают рыхлители, кусторезы, канавокопатели, корчеватели и другое сменное рабочее оборудование. Различают бульдозеры с размещением рабочего органа на передней и задней части машины. По роду привода механизма подъема бульдозеры разделяются на гидравлические и канатные. Бульдозерами можно выполнять следующее: 1)    разрабатывать выемки и полувыемки на косогорах, а также выемки с перемещением грунта в насыпь у нулевых отметок в горной местности; 2)    выравнивать рельеф в горной местности для прокладки дорог; 3)    разравнивать грунт и строительные материалы; 4)    засыпать рвы и канавы; 5)    планировать строительные и аэродромные площадки; 6)    расчищать площадки и трассы от снега, кустарника, леса и т. д.; 7)    устраивать террасы на склонах гор; 8)    работать толкачом со скреперами; 9)    некоторые конструкции бульдозеров могут выполнять работы в воде при глубине до 1 м.. По мощности двигателя базовых тракторов различают сверх-тяжелые бульдозеры-—мощностью более 220 кет (300 л. с.), тяжелые 110—220 кет (150—300 л. с.), средние 60—108 кет (81— 147 л. с.), легкие 15,5—60 кет (21—80 л. с.) и малогабаритные до 15,0 кет (20 л. с.). Основным параметром, характеризующим работу бульдозера, является номинальное тяговое усилие по сцеплению ТСц. Оно определяется по суммарной силе тяжести трактора (тягача) и навесного оборудования Go6 при перемещении бульдозера по плотному грунту и буксовании гусеничного трактора не выше 7%, а колесного — не выше 30%, при скорости гусеничных машин 2,5—3, а колесных 3—4 км/ч. По величине номинального тягового усилия бульдозеры разделяются на особо легкие (до 25 кн), легкие (26—75 кн), средние (80—145 кн), тяжелые (150—300 кн), особо тяжелые (свыше 300 кн). § 2. ПРОЦЕСС РАБОТЫ В процессе работы бульдозер копает, перемещает и распределяет материал. Чтобы отделить грунт от массива, режущая часть отвала заглубляется в грунт и одновременно бульдозер перемещается вперед. Отделяемый от массива грунт накапливается впереди ножа, образуя призму волочения. Резание осуществляется пока призма волочения не достигнет верхней кромки отвала. Затем отвал на ходу выглубляется и бульдозер перемещается, передвигая призму волочения к ме-сту разгрузки.
<<< 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