Российский  Государственный  Университет нефти  и газа им. И.М. Губкина. 

Факультет: Проектирование, сооружение и эксплуатация систем трубопроводного транспорта. 
 

Кафедра: Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ. 
 
 
 
 
 
 
 

по курсу: Машины и оборудование для строительства магистральных газонефтепроводов. 

Тема: Машина для планировки местности. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                Выполнил: студент гр. ТС-99-5

                                                                                                                Козлов А.К. 

Проверил: Короленок А.М. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2002 г.

Введение

Машины для  земляных работ являются одними из основных видов машин, с помощью  которых осуществляется комплексная механизация при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов, насосных и компрессорных станций, резервуарных парков и других объектов народного хозяйства. Объем земляных работ в общем объеме строительных работ в зависимости от сооружаемых объектов составляет до 80%. Поэтому одной из важнейших задач при проектировании и изготовлении этих видов машин является улучшение их качества, повышение надежности, снижение энергоемкости. Эта задача постоянно решается путем совершенствования принципов взаимодействия рабочих органов машин с грунтом.

Взаимодействие  рабочих органов машин с грунтом  при его разработке или уплотнении сопровождается деформацией, разрушением  и перемещением. Поэтому при анализе взаимодействия рабочих органов машин с грунтом и определении сопротивлений, возникающих при этом, необходимо знать физико-механические свойства грунтов, их прочностные характеристики, конструктивные особенности рабочих органов машин, способы их взаимодействия на грунт, что во многом предопределяет правильный выбор основных параметров этих машин при их расчете и проектировании. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Бульдозеры

 
 

Бульдозер – основная машина при выполнении подготовительных работ вдоль трассы будущего магистрального трубопровода. Он применяется для планировки местности, срезки бугров, засыпки траншей, перемещения грунта на небольшие расстояния и т.д. Бульдозер может быть использован для валки леса с корнями, корчевания пней и кустарников. В зимнее время его применяют для расчистки дорог и площадок от снега.

Возможность выполнения бульдозером многих трудоемких работ наряду с простотой, прочностью и надежностью конструкции сделали его самой широко распространенной общестроительной машиной. Бульдозер состоит из базовой машины (трактора) и специального навесного оборудования (отвала с рамой или толкающими балками).

   Рис.1. Бульдозер (общий вид):

1 –  базовая  машина; 2 – толкающая   балка, 3  - отвал, 4 - система управления отвалом. 

По установки  отвала относительно оси трактора различают  бульдозеры неповоротные и универсальные (поворотные).

Неповоротными называют бульдозеры, у которых отвал располагается только перпендикулярно к оси трактора, а универсальными – когда отвал может быть установлен как перпендикулярно к оси трактора, так и под углом к ней в вертикальной плоскости под углом 5-6 градусов (изменение угла резанья).

Отвал бульдозера представляет собой металлический вогнутый скребок сложного профиля, расположенный впереди трактора. Нижняя часть скребка плоская, сопрягается с верхней  в виде вогнутого участка цилиндрической формы. Вогнутая форма отвала опрокидывает поднимающийся по нему грунт вперед, не допуская переваливания через отвал.

Отвал состоит  из передней стенки, изготовляемой  из листовой стали, верхней и нижней балок, и боковых стенок или щек. В некоторых конструкциях отвалов щеки несколько выступают вперед за переднюю стенку. К нижней части отвала болтами с потайными головками крепятся ножи. Ножи изготовляются из высококачественной полосовой стали, они имеют в большинстве случаев двустороннюю заточку. По притуплении одной режущей кромки нож переворачивают для работы другой режущей кромкой.

К верхней части  отвала часто приваривают козырек, усиленный ребрами жесткости, а  к боковым щекам прикрепляют уширители. Козырек служит для предотвращения переваливания грунта через отвал. Совместно с уширителями он увеличивает объем грунта, перемещаемого бульдозером.

Сферический отвал (рис. 3, в) применяют для разработки мягких и средней крепости грунтов. Изогнутая в плане форма отвала предусмотрена для косого резания грунтов, при котором уменьшается сопротивление резанию и можно увеличить на 10 - 12% длину отвала. За счет выступающих вперед концов отвала объем перемещаемого грунта увеличивается на 20 - 25% по сравнению с прямым отвалом.

Отвал с рыхлящими боковыми зубьями (рис. 3, г) используют для разработки крепких каменистых грунтов бульдозерами большой мощности. Зубья выдвигаются гидроцилиндрами ниже ножей на 20 - 30 см.

Совковый  отвал (рис. 3, д) имеет боковые щитки, снижающие потери грунта при перемещении и выступающую вперед часть ножа для лучшего врезания в грунт. Применяют его для разработки малосвязных грунтов в случае перемещении их на большие расстояния.

Короткие  прямые отвалы (рис. 3, е) снабжают амортизаторами, предназначают для бульдозеров-толкателей, толкающих при работе землеройно-транспортные машины для получения большего тягового усилия.

Отвал неповоротного  типа крепится к двум толкающим балкам при помощи раскосов и подкосов, образуя с ними жесткую пространственную конструкцию. Свободные концы толкающих балок шарнирно крепятся к рамам гусеничных тележек трактора, обеспечивая тем самым вертикальные перемещения отвала при сохранении прямого угла между ними и осью трактора. 

а)    б)

    

Рис. 2. Конструкция  отвала бульдозера:

а –  неповоротного типа; б – универсального (поворотного) типа. 
 

а)     г)  

б)    д)

в)    е) 

Рис. 3. Формы  отвалов бульдозера:

а –  прямой; б – универсальный; в –  сферический; г – с боковыми рыхлящими  зубьями;

д –  совковый для уборки; е – короткий толкающий;

1 – лобовой  лист вместе с козырьком; 2 – боковые щитки; 3 – боковые ножи; 4 – угловые ножи;

5 – средние  ножи; 6 – открылки; 7 – выдвижные  зубья. 

Отвал поворотного  типа устанавливается шарнирно к  универсальной толкающей раме и двум толкателям. Свободные концы брусьев толкающей рамы крепятся, как и в первом случае, к рамам гусеничных тележек.

Передний конец  толкающей рамы снабжен оголовком  с шаровой опорой, входящей в шаровое  гнездо, расположенное в центре нижней балки отвала. Полученный таким образом  шаровой шарнир позволяет устанавливать отвал под различным углом к оси трактора. Необходимое положение отвала относительно толкающей рамы фиксируется толкателями. Они представляют собой регулируемые кронштейны, шарнирно крепящиеся к боковым щекам отвала и брусьям толкающей рамы. На каждом брусе предусмотрено несколько положений крепления каждого толкателя, что обеспечивает изменение угла установки отвала от прямого до острого вправо или влево, а также наклон отвала в вертикальной плоскости на 5-6 градусов. Толкающая рама универсальна, так как она может быть использована для установки вместо отвала оборудования кустореза или корчевателя.

В процессе работы бульдозер, двигаясь вперед, опускает отвал, ножи которого, врезаясь в грунт, срезают его поверхностный слой. Разрушенный грунт поднимается по отвалу и перемещается перед ним в виде призмы волочения. Набрав определенное количество грунта, бульдозер приподнимает отвал, прекращая тем самым процесс резания, и толкает перед собой срезанный ранее грунт до места разгрузки. Затем он останавливается и начинает движение назад с поднятым отвалом, оставив грунт. При необходимости разровнять транспортируемый грунт бульдозер продолжает двигаться вперед с приподнятым на некоторую высоту отвалом, разглаживая доставленный грунт, затем возвращается для повторения цикла.

По роду управления отвалом (поднимание и опускание) все  бульдозеры можно разделить на две  группы: с канатно-блочным и гидравлическим управлением. При канатно-блочном управлении отвал бульдозера поднимается и удерживается на требуемой высоте при помощи стального каната, пропущенного через систему блоков (полиспаст), и лебедки, приводимой в действие от вала отбора мощности трактора, а опускание отвала и заглубление его в грунт происходят под действием силы тяжести его и присоединенных к нему элементов навесного оборудования (толкающей рамы с толкателями или толкающих балок).

При гидравлическом управлении отвал бульдозера поднимается  гидроцилиндрами, питаемыми рабочей  жидкостью под давлением от насоса, приводимого в действие двигателем трактора, а опускается под действием своей силы тяжести и напорного усилия гидроцилиндров, передающих на отвал часть веса трактора.

Поэтому заглубление  отвалов одинаковой массы и конфигурации при гидравлической системе управления будет проходить более интенсивно и возможно в более плотных грунтах. Интенсификации процесса заглубления во всех случаях содействует также сила тяги трактора (при условии, что начальное заглубление состоялось). Для более эффективной работы в плотных грунтах бульдозеры с системой раздельного управления гидроцилиндрами  могут обеспечивать перекос отвала в вертикальной плоскости и рыхление грунта одним его краем. Для этого раскосы заменяют фигурными кронштейнами, привариваемыми к передней части каждого толкающего бруса, а в задней части брусья снабжаются дополнительными шарнирами, обеспечивающими их поворот относительно продольной оси при перекосе отвала.

Существуют также  отвалы с шарнирным сочленением  отдельных частей, геометрию которых  можно направленно изменять в  процессе работы гидроцилиндрами. Такие отвалы могут при необходимости принимать в плане форму совка или клина, выдвигать вниз центральную часть среднего ножа, увеличивая тем самым давление рабочего органа на грунт, и т.д. Командоаппарат управления отвалом бульдозера (золотник или рычажная система управления муфтой включения лебедки) находится в кабине тракториста, управляющего трактором и бульдозерным навесным оборудованием. 

Расчет  основных рабочих  параметров бульдозера

Тяговый расчет бульдозера.

Сопротивление грунта резанию и перемещению преодолевается тяговым усилием бульдозера, которое должно быть больше суммы всех возникающих сопротивлении. Усилие для преодоления этих сопротивлении определять для наиболее тяжелых условий работы бульдозера, т.е. когда он при копании и перемещении грунта движется на подьем и призма волочения грунта  достигает максимальной величины (высоты отвала).

При разработке грунта бульдозером с неповоротным отвалом максимальное сопротивление перемещению бульдозера Р в момент окончания набора грунта отвалом складывается из следующих величин:

,

где Р – сопротивление грунта резанию;

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

      Рс – сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу;

      Рн  - сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту;

      Рm – сопротивление перемещению тягача.

Сопротивление (кН) грунта резанию:

,

где  К – удельное сопротивление грунта резанию, кПа.

        В – ширина отвала, м;

        h – толщина стружки, м, (глубина резания);

Сопротивление (кН) перемещению призмы грунта перед  отвалом бульдозера:

где Vпр -  объем призмы, перемещаемой отвалом, м³;

       g – ускорение свободного падения тела, м/с²;

       µ₁ – коэффициент трения грунта по грунту;

       ρ – плотность грунта, кг/м ³;

       i – уклон местности, равный  тангенсу угла наклона местности  к горизонту (при движении на  уклон – положительное значение, под уклон – отрицательное).