Землеройно-транспортными называют машины с ножевым рабочим органом, выполняющие одновременно послойное отделение от массива и перемещение грунта к месту укладки при своем поступательном движении. К этой группе машин относятся: бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдеры.
Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовом гусеничном или колесном тракторе, включающее в себя отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом.
Главный параметр бульдозеров – тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработки и перемещения грунтов I…IV категорий, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью производят планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов и ям.
К основным параметрам бульдозерного оборудования относятся высота без козырька H и длина отвала B, радиус кривизны отвала R, основной угол резания δ, задний угол отвала α, угол заострения ножей β, угол перекоса (крена) отвала ε, угол поворота отвала в плане γ, высота подъема отвала над опорной поверхностью h 1 и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности h 2.
Эксплуатационная производительность бульдозера при резании и перемещении грунта (м³/ч)
Пэ = 3600 · V гр · K у · K н · K в / Т ц,
где V гр – геометрический объем призмы волочения грунта впереди отвала, м³,
V гр = В · H2 · K п / 2tg φ · K p,
где В и Н – длина и высота отвала, м;
K п – коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (K п = 1 – 0,005· l п);
φ – угол естественного откоса грунта в движении (φ = 35…45˚);
K р – коэффициент разрыхления грунта (K р = 1,1…1,3);
K у – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность (при работе на подъемах от 5 до 15˚
K у = 0,4…0,67, а при работе на уклонах от 5 до 15˚ K у = 1,35…2,25);
K н – коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунтом (K н = 0,85…1,05);
K в – коэффициент использования бульдозера по времени (K в = 0,8…0,9);
Т ц – продолжительность цикла, с:
Т ц = l р/ v р + l п/ v п + l о/ v о + t п,
где l р, l п и l о – длины соответственно участков резанья, перемещения грунта и обратного хода бульдозера:
l o = l p + l п или l o = V гр/ А,
где А – площадь срезаемого слоя грунта, м², А = B · h (h – средняя толщина срезаемого слоя);
v р, v п и v о – скорости бульдозера при резании, перемещении грунта и обрат-ном ходе, м/с;
t п – время на переключение передач в течение цикла (t п = 15…20 с).
Эксплуатационная производительность бульдозера с поворотным отвалом при планировочных работах
Пэ = 3600 · l ·(B · sin γ – 0,5) K в / [ n · (l / v + t п)],
где l – длина планируемого участка, м;
γ – угол установки отвала в плане, град;
0,5 – величина перекрытия проходов, м;
n – количество проходов по одному месту;
v – скорость движения бульдозера, м/с.
Скрепер является самоходной или прицепной землеройно-транспортной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грунта. Скреперы предназначены для послойного копания, транспортирования, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов I…IV категорий, при инженерной подготовке территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемок под различные сооружения и искусственные водоемы.
Главным параметромскреперов является геометрическая вместимость ковша (м³), на основе которой построен типоразмерный ряд этих машин: до 5 м³, от 5 до 15 м³ и свыше 15 м³ вместимости ковша.
Значения удельных сопротивлений резанию σр для машин с ножевым рабочим органом представлены в табл. 3.
Таблица 3
Значения удельных сопротивлений грунта резанию в зависимости от характеристик грунта
| Наименование грунта | Категория грунта | Плотность грунта ρ, т/м³ | Коэффициент разрыхления грунта K р | Удельное сопротивление грунта резанию σр, кПа | |
| нож бульдозера | ковш скрепера | ||||
| Песок рыхлый, сухой | I | 1,2…1,6 | 1,05…1,1 | 10…30 | 20…40 |
| Наименование грунта | Категория грунта | Плотность грунта ρ, т/м³ | Коэффициент разрыхления грунта K р | Удельное сопротивление грунта резанию σр, кПа | |
| нож бульдозера | ковш скрепера | ||||
| Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный | I | 1,4…1,7 | 1,1…1,2 | 20…40 | 50…100 |
| Суглинок, средний и мелкий гравий, легкая глина | II | 1,5…1,8 | 1,15…1,25 | 60…80 | 90…180 |
| Глина, плотный суглинок | III | 1,6…1,9 | 1,2…1,3 | 100…160 | 160…300 |
| Тяжелая глина, сланцы, суглинок со щебнем, гравием | IV | 1,9…2,0 | 1,25…1,3 | 150…250 | 300…400 |
Рабочий процесс скрепера состоит из следующих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполнение ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой.
Экономически эффективна транспортировка грунта самоходными скреперами на расстояние до 5000 м. Чаще всего используют самоходные скреперы с ковшами вместимостью 4,5; 8,3; 15 и 25 м³.
Эксплуатационная производительность скрепера в плотном теле (м³/ч)
Пэ = n · q · K н · K в / K р,
где n – число циклов в час (n = 3600/ Т ц);
q – вместимость ковша скрепера, м³;
K н – коэффициент наполнения ковша грунтом (K н = 0,6…1,2);
K в – коэффициент использования машины по времени (K в = 0,8…0,9);
K р – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера (K р =1,1…1,3).
Т ц = l з/ v з + l т/ v т + l рз/ v рз + l п.х/ v п.х + t п + 2 t пов,
где l з, l т, l рз, l п.х – длины участков соответственно набора грунта (заполнения ковша), транспортировки грунта, разгрузки ковша, порожнего хода скрепера, м;
v з, v т, v рз, v п.х – скорости скрепера соответственно при заполнении ковша, транспортировке грунта, разгрузке и порожнем ходе, м/с;
t п – время на переключение передач тягача;
t пов – время на один поворот (t пов = 15…20 с).
Длина участка набора грунта
L з = q · K н / (K р · b · h),
где b – ширина срезаемой полосы, м;
h – толщина срезаемого слоя грунта, м.
Набор грунта скрепером производится на участках длиной 5…15 м.
Самоходные грейдеры (автогрейдеры) представляют собой самоходные планировочно-профилировочные машины, основным рабочим органом которых служит полноповоротный грейдерный отвал с ножами, установленный под углом к продольной оси автогрейдера и размещенный между передним и задним мостами пневмоколесного ходового оборудования. При движении автогрейдера ножи срезают грунт и отвал сдвигает его в сторону.
Автогрейдеры применяют для планировочных и профилировочных работ при строительстве дорог, сооружении невысоких насыпей и профильных выемок, отрыве дорожного корыта и распределении в нем каменных материалов, зачистке дна котлованов, планировке территорий, засыпке траншей, ям, канав, рвов, а также для очистки дорог, строительных площадок, городских магистралей от снега в зимнее время.
Автогрейдеры используют только на грунтах I…III категорий. Процесс работы автогрейдера состоит из последовательных проходов, при которых осуществляется резание грунта, его перемещение, разравнивание и планировка поверхности сооружения.
Современные автогрейдеры имеют одинаковую конструкцию и выполнены в виде самоходных трехосных машин с полноповоротным грейдерным отвалом, с механической и гидромеханической трансмиссией и гидравлической системой управления рабочими органами. По конструктивной массе автогрейдеры разделяют на легкие (до 12 т), средние (до 15 т) и тяжелые (более 15 т).
Кроме основного рабочего органа автогрейдеры могут быть оснащены дополнительными сменными рабочими органами – бульдозерным отвалом, установленным спереди машины, удлинителем грейдерного отвала для увеличения ширины захвата, откосниками, укрепляемыми на отвале для планирования откосов насыпей, кирковщиком, установленным как спереди, так и сзади машины для взламывания дорожных покрытий и рыхления плотных грунтов.
Эксплуатационная производительность автогрейдера при резании и перемещении грунта (м³/ч),
Пэ = 3600 B · l · h · K в / (t р + t п) · n,
где В – ширина захвата отвала, м;
l – длина участка, м;
h – толщина срезаемой стружки;
K в – коэффициент использования машины по времени;
t р – время, затрачиваемое на один проход, с;
t п – время, затрачиваемое на один поворот, с;
n – количество проходов по одному участку.