Землеройно-транспортные машины. Назначение, область применения.
Основные технико-экономические показатели. Рабочий процесс. Перспективы развития землеройно-транспортных машин.
Землеройно-транспортными (ЗТМ) называют строительные машины, отделяющие грунт от массива тяговым усилием с последующим его перемещением к месту отсыпки собственным ходом.
Основные рабочие операции: послойная разработка грунта, его транспортировка, укладка в основание строительного объекта или отвал, планировка земляных поверхностей.
В зависимости от вида рабочего органа различают:
1- ковшевые ЗТМ (скреперы);
2- отвальные ЗТМ (бульдозеры, автогрейдеры).
Рабочий процесс включает 2 характерных режима: тяговой и транспортный.
Бульдозер – это ЗТМ с отвальным рабочим органом.
Основное назначение: послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (150м). Для:
1- снятия плодородного поверхностного слоя грунта при подготовке строительных площадок;
2- перемещения грунта в зону действия О. Э. при погрузке его в транспорт или отвал;
3- разработки неглубоких каналов;
4- зачистки пологих откосов;
5- при сооружении насыпей из резервов;
6- на планированных работах при зачистке оснований под фундаменты зданий и сооружений, планировке площадей и трасс;
7- устройстве и содержании в исправности подъездных дорог, выездов на насыпи и выезды из выемок;
9- при обратной засыпке траншей и пазух фундаментов;
10- разравнивания грунта в отвалах;
11- штабелирования и перемещения сыпучих материалов;
12- на подготовительных работах ( валка деревьев, среза кустарника, корчевка пней, удаление камней, расчистка от мусора (снега));
13- на вскрышных работах;
14- в качестве толкачей скреперов.
1- малогабаритные с силой тягой до 25кН и мощностью до 45кВт;
2- легкие – 25-135кН, 45-120кВт;
3- средние – 135-200кН, 120-150кВт;
4- тяжелые – 200-300кН, 150-225кВт;
5- сверхтяжелые – более 300кН, более 225кВт.
1- базового трактора;
2- навесного рабочего органа (отвала) с ножами, с шарнирами и с 2 толкающими брусьями;
3- гидросистемы управления отвалом.
Рабочий цикл (с неповоротным отвалом) бульдозера состоит:
1- копание грунта (образование призмы волочения);
2- транспортирование грунта волоком перед отвалом к месту укладки;
3- разгрузка отвала;
4- возвращение на исходную позицию.
Дополнительные устройства к отвалам: лобовые щитки, уширители, открылки – производительность увеличивается в 1,7-1,8 раза. Работы нескольких бульдозеров, провальный выбор трассы транспортировки грунта, траншейный способ, устройство промежуточных валиков, работа под уклон.
Грунт разрабатывают двумя способами:
Потери зависят от вида грунта и дальности транспортировки.
1. При разработке выемок равна приведенному к плотному состоянию объему грунта, вынутого из выемки за 1 ч. непрерывной работы.
,
где 
— объем призмы волочения в конце копания в разрыхленном состоянии, 
;
— продолжительность цикла, с;
— коэффициент разработки грунта;
Н – высота отвала, м;
— коэффициент пропорциональности (зависит от крутизны откоса в призме и отношения Н/В);
2. При возведении насыпей (учитывают потери при транспортировке через края отвала в боковые валики):
, где 
— коэффициент потери грунта (3-6% от текущего объема призмы волочения).
3. На планировочных работах:
, ( 
) (5)
где L – длина планируемого участка, м;
B – ширина захвата, м;
n – число полос планировки;
b – ширина полосы перекрытия между смежными;
— суммарная продолжительность планировки, с
,
при движении для последующих проходок с разворотами машины;
,
при холостом заднем ходе (челночная схема);
где z – число повторных проходок по одному следу.
По челночной схеме работа производительнее, чем с разворотами, но при условии
.
Скрепер – это ЗТМ с ковшом для послойной разработки грунта, его транспортирования и отсыпки в земляные сооружения.
Ими разрабатывают грунты I и II категории, а III и IV – после рыхления.
Не рекомендуется применять для разработки заболоченных, несвязных переувлажненных грунтов, с большими каменистыми включениями.
Дальность возки грунта: гусеничные тягочи 100-800м; колесные – 300-3000м.
Рабочий цикл – копание (заполнение ковша ( 
, удельный расход энергии 3,2-6 
)), транспортировка грунта к месту укладки, его отсыпка и возврат на исходную позицию.
Главные параметры скрепера – вместимость ковша. От него различают:
1- скреперы малой вместимости (до 4 куб. м);
2- скреперы средней вместимости (5-12 куб. м);
3- скреперы большой вместимости (15 и более куб. м).
Скрепер состоит из тягача и рабочего оборудования.
По способу соединения различают: 1. прицепные; 2. полуприцепные; 3. самоходные.
Устройство и принцип работы скрепера. Тягач соединен с рабочим органом сцепляемым устройством в виде 2-х шарниров, что позволяет тягачу поворачиваться и перекашиваться относительно рабочего оборудования. Оно включает ковш (опирается задней частью на колеса, а передняя через тяговую раму опирается на тягач). Ковш ограничен днищем и боковыми стенками. Впереди он закрывается заслонкой гидроцилиндрами, сзади выдвижной стенкой, перемещаемой при разгрузке.
Наиболее энергоемкая операция копания грунта. Ковш наполняется грунтом = 6-15 куб.м на длине 9-15 метров при средней толщине стружки 0,09-0,16м (глины) и 0,02-0,35м (пески). Применяют клиновой, гребенчатый и клевковый способы. Предельная крутизна спусков для груженых скреперов – 20-25%, порожних – 25-30%. Меньше для самоходных, больше для прицепных.
Техническая производительность скреперов:
,
где q – геометрическая емкость ковша;
Кн – коэффициент наполнения (пески – 0,6-0,9; глины – 1-1,1; супеси, суглинки – 1,1-1,2; черноземы – 1,1-1,25);
tц – продолжительность рабочего цикла;
Кр – коэффициент разрыхленности. грунта.
,
где lк, lтг, lр, lтп – длина пути копания, передвижения груженого, разгрузки, передвижение порожнего;
Vк, Vтг, Vр, Vтп – скорости передвижения на этих путях;
tп – продолжительность одного поворота (средняя 12-15 сек);
n – число поворотов за рабочий цикл.
, (длина пути копания)
, (длина пути разгрузки)
где В – ширина ковша;
Сср – средняя толщина грунтовой стружки;
h – толщина слоя отсыпки грунта;
Автогрейдер – это ЗТМ на пневмоколесном ходу с отвальным рабочим органом, предназначенная для послойной разработки грунтов I и II категорий и планировки земляных поверхностей при строительстве и содержании автомобильных и железных дорог, аэродромов, при ПГС, ГТС и ирригационном строительстве.
Ими профилируют и планируют поверхности при возведении насыпей высотой до 0,6м, отрывают и очищают кюветы и каналы, сооружают корыта для дорожных оснований, перемешивают и разравнивают грунт, щебень, гравий и вяжущие материалы, разрушают дорожные покрытия при ремонте дорог, расчищают от снега дороги и площади.
В зависимости от массы и мощности их разделяют на:
1. легкие (до 9т, 50кВт);
2. средние (до 13т, 75кВт);
3. тяжелые (до 19т,150кВт);
4. особо тяжелые (более 19т, более 150кВт). Бывают 2-х и 3-х основные.
Особенности конструкций ходовых устройств – это колесная формула – A*B*C, где A, B, C – число осей соответственно управляемых, ведущих и общее.
Наиболее распространен в строительстве 3-х основный автогрейдер с двумя ведущими задними осями и передней осью с управляемыми колесами – 1*2*3.
Различают с механической (легкие) и гидромеханической системами привода.
Рабочий орган – отвал, находящийся в середине машины между передними и задними колесами на поворотном круге на тяговой раме.
Отвал может быть дооборудован специальными приставками (специальные откосники): для одновременной планировки подошвы и откоса насыпи, бровки и откоса выемки, профилирования придорожных канав и т.п.
Рабочий процесс включает: копание грунта, его перемещение и укладку с разравниванием в земляном сооружении. Отвал устанавливают режущей кромкой параллельно его поверхности и наклонно 10-15°.
Угол резания – 35-45°, угол захвата – 35-50°.
Схемы движения: круговые, челночные.
Опирание на все 6 колес независимо от рельефа местности.
Техническая производительность автогрейдера определяется как для бульдозера:
.
Грейдер-элеватор – это ЗТМ непрерывного действия. Предназначен для послойной разработки грунта и возведений насыпи высотой до 1,5м для гидромелиоративных сооружений.
Они могут быть выполнены навесные, прицепные или полуприцепные, технологические орудия к гусеничным или колесным тягачам и тракторам, и как самоходные ЗТМ.
Рабочий орган в виде дискового ножа, полукруглого ножа или системы плоских ножей, а для его перемещения к месту отсыпки – один или два ленточных конвейера с неизменной ориентацией относительно рамы машины или с возможностью поворота в зависимости от направления отсыпки (разгрузки) грунта.
Рабочий процесс состоит из последовательных проходов машины по обрабатываемому участку с разворотами на его концах.
,
где S– площадь поперечного сечения вырезаемой стружки;
— коэффициент, учитывающий потери грунта (0,85-0,95);
— коэффициент использованного рабочего времени;
— средняя скорость передвижения машины;
— продолжительность разворота в конце захватки.
Подготовительные работы включают очистку будущей строительной площадки от леса, кустарника, вывозку древесины, корчевку и уборку пней, удаление валунов, устройство временных дорог и мостов через естественные и искусственные препятствия, понижение УГВ и т.п. Здесь применяют общестроительные, специальные машины. Используют разные сменные рабочие органы, навешиваемые на О.Э. и бульдозеры. Относят сюда и предварительное рыхление прочных и мерзлых грунтов.
Кусторезы – это навесное рабочее оборудование на гусеничные тракторы для расчистки площадок от кустарников и мелких деревьев.
Корчеватели-собиратели – для корчевки пней диаметром до 50 см, расчистки участков от крупных камней, сваленных деревьев и кустарников, для рыхления плотных грунтов.
Рабочее оборудование кустореза состоит из закрепленного на универсальной раме отвала клинообразной формы с гладкими или пилообразными ножами в его нижней части (подъем и опускание – гидроцилиндры).
Корчеватель собиратель снабжен отвалом с зубьями в его нижней части. Отвал погружают на грунт, перемещаясь вперед на рабочей скорости одновременно погружают отвал и средние зубья под пень, выдергивая его из земли целиком или частично после нескольких попыток. Сопротивление пней корчеванию составляет от 18-20 до 180-210кН при диаметре от 0,1 до 0,5м.Производительность считают по формуле как для бульдозеров.
Мерзлые грунты и рыхлители.
От 3 до 7 месяцев зимнего периода грунт промерзает на глубину 1-2,5м. Многолетнемерзлые грунты и грунты сезонного промерзания покрывают более 90% территории Севера Казахстана. Для их разработки применяют однозубые рыхлители, гидромолоты, землеройно-фрезерные машины.
Для разрушения мерзлых грунтов с промерзанием глубины до 0,5-0,7м применяются специальные снаряды в виде шар-молотов, массой 0,5т и более, и клин-молотов, массой 2-3т, подвешиваемые на канатах грузовых лебедок гусеничных кранов и экскаваторов. Их поднимают на высоту 6-8м и сбрасывают на грунт. Этот способ наиболее прост, но мало производителен (4-10куб. м/ч). Больше применяют 
навесные рыхлители и 
щеленарезные машины.
Различают рыхлители основные и вспомогательные.
Это навесное оборудование на тракторы. Его оборудуют одним или несколькими стойками – зубьями, устанавливаемыми на поперечной балке жестко или шарнирно.
Техническая производительность рыхлителя:
где В – средняя ширина полосы рыхления за один проход многозубого рыхлителя;
— эффективная глубина рыхления;
L – длина пути рыхления;
— продолжительность 1 цикла.
Из щеленарезных машин наибольшее распространение в строительстве получили баровые машины. Рабочее оборудование состоит из одного или двух цепных баров врубовых машин.
В рабочее положение и обратно бары переводятся гидроцилиндрами. Баровые цепи, оснащенные резцами, прорезают в грунте щели шириной 0,14м, глубиной до 2 м. Оконтуренные с двух сторон прорезанными щелями полосы грунта разрабатывают потом экскаваторами. Скорость движения баровых машин при глубине промерзания до 1м – около 60м/ч.
Определение эксплуатационной производительности ведущих землеройных машин
При определении эксплуатационной производительности ведущих землеройных машин необходимо учитывать, что большая их часть цикличного действия и от продолжительности цикла зависит их производительность. К машинам циклического действия относятся скреперы, бульдозеры, экскаваторы и ряд других машин. Рабочий цикл землеройных машин состоит из четырёх операций: набор грунта или погрузка грунта в транспортное средство; транспортировка грунта; укладка грунта в процессе выгрузки; порожний ход к месту погрузки.
Скреперы – землеройно-транспортная машина циклического действия, которые рабочим органом (ковш) послойно срезают грунт с поверхности забоя, транспортируют его и разгружают его в тело земляного полотна, кавальера или в отвал. Они бывают прицепными или самоходными. Отечественные скреперы маркируются индексами (ДЗ).
Бульдозером называют многофункциональную землеройно-транспортная машину циклического действия, выполненная на базе трактора-тягача и оснащённая навесным оборудованием, которым является отвал. Бульдозеры комплектуются оборудованием для рыхления грунта. Отечественные бульдозеры маркируются индексами (Т-170 и другие).
Экскаватор – землеройная машина циклического действия, предназначенная для разработки грунтов в выемках, карьерах и резервах при сооружении земляного полотна автомобильных, железнодорожных дорог, рытья котлованов и траншей при строительстве зданий и сооружений различного назначения, вскрышных работ при добыче полезных ископаемых. Отечественные экскаваторы маркируются индексами (ЭО, ЕТ, ЕК). Землеройные машины непрерывного действия рассчитывается по другим формулам.
Эксплуатационная производительность скреперов определяется по формулам:
м 3 ∕час; (30)
где qk – геометрическая ёмкость ковша м 3 для отечественных скреперов от 4,5 до 15;
Кн – коэффициент наполнения ковша;
Кр–коэффициент рыхления грунта в ковше скрепера 1-1,4;
Кв –коэффициент использования машины по времени (нормативный – 0,85);
n – число циклов скрепера в час;
где Т – время работы скрепера, мин;
tц.– продолжительность цикла скрепера, с ;
vн – скорость загрузки 3-5, м∕с;
vг – скорость гружённого скрепера, м∕с;
vр – скорость разгрузки, м∕с;
vп – скорость порожнего скрепера, м∕с;
lз, lг, lр, lп – длинна путей загрузки, движение с грунтом, разгрузка, движение в порожнем состоянии;
Длина хода загрузки, м
где h – толщина слоя срезаемого грунта в м
а – ширина полосы захватки, в м для отечественных скреперов 2,4 – 3,5.
Длина хода выгрузки, мгде
h1 – толщина укладываемого слоя 0,15 – 0,50.
Производительность в м 3 ∕час может составлять отечественных скреперов от 19 до 67 м 3 ∕час.
Эксплуатационная производительность бульдозеров определяется по формуламм 3 ∕час:
м 3 ∕час; где (34)
tц.б – продолжительность одного цикла, с.
(35)
lср – средняя дальность перемещения грунта в м;
v1 – скорость перемещения грунта;
t2 – время подъёма отвала в транспортное положение (10 с);
t3 – время на переключение передач и повороты в конце рабочего хода (20 с);
v4 – скорость в порожнем состоянии;
t5 – время на переключение передач и повороты в конце обратного хода (20 с);
t6 – время на опускание отвала в рабочее положение (10 с)
qб – объём грунта вплотном теле, перемещаемый бульдозером, м 3
примерно 4103 ×1520 мм (по техническим характеристикам бульдозеров);
Кв – коэффициент использования машины по времени (равен 0,85 – 0,9);
кр – коэффициент разрыхления грунта, равный 1,1– 1,3.
Дальность перемещения грунта при разработки выемки в насыпь до 300 м.
Технические характеристики отечественных бульдозеров приведены в таблице 3.5
| Параметры | Т-11.01ЯМ | Т-15.01ЯМ | Т-15.01Я | Т-20.01К | Т-35.01Я |
| Ёмкость отвала, м 3 | 7,5 | 9,2 | 8,5 | 11,6 | 20,6 |
| Размер отвала мм×мм | 4060×1475 | 4103×1520 | 4180×1560 | 4225×1700 | 550×2000 |
| Высота подъёма над землёй, мм | |||||
| Рыхлительное оборудование | |||||
| Число зубьев |
Примечание:
Умножая часовую производителность землеройной техники на количество часов в смене и суточную производительность зная число смен в сутках.
Эксплуатационная производительность экскаваторов определяется по формулам:
м 3 ∕час, где (37)
Кн – коэффициент наполнения ковша;
Кр–коэффициент рыхления грунта в ковше экскаватора приведены в табл. ;
Кв –коэффициент использования машины по времени (нормативный – 0,85);
qэ – геометрическая ёмкость ковша;
nэ – число циклов экскавации в одну минуту, принимается по таблице 3.6.
Коэффициент рыхления грунта приведен в таблице 3.6
| Группа грунта | I | II | III |
| 1,1 | 1,2 | 1,25 |
Коэффициент наполнения ковша экскаватора приведен в таблице 3.7
| Грунт | Группа грунта | Прямая лопата | Обратная лопата |
| Глина средняя | II | 1,08 – 1,18 | |
| влажная | III | 1,3 – 1,5 | |
| тяжелая | IV | 1 – 1,1 | |
| Суглинок при естественной влажности | I | 1,05 – 1,12 | |
| Песок и гравий | II | 1,15 – 1,23 |
Число циклов экскавации в минуту при разработке грунта в выемках и карьерах приведен в таблице 3.8
| Ёмкость Ёмкость ковша, м 3 | Способ разработки | |||||
| С погрузкой в транспортное средство | На вымет | |||||
| Группа грунта | ||||||
| I | II | III | I | II | III | |
| Обратная лопата | ||||||
| 0,5 | 2,74 | 2,45 | 2,12 | 2,88 | 2,64 | 2,29 |
| 0,65 | 2,62 | 2,37 | 2,0 | 2,74 | 2,52 | 2,39 |
| 1,25 | 2,28 | 2,07 | 1,77 | 2,32 | 2,19 | 2,02 |
| 1,5 | 2,3 | 1,88 | 1,81 | 2,33 | 2,04 | 1,9 |
| Прямая лопата | ||||||
| 0,5 | 3,03 | 2,5 | 2,38 | 3,14 | 2,81 | 2,54 |
| 0,65 | 2,88 | 2,44 | 2,19 | 3,03 | 2,91 | 2,6 |
| 0,8 | 2,81 | 2,36 | 2,21 | 2,95 | 2,64 | 2,53 |
| 1,0 | 2,45 | самосвалах | 1,97 | 2,62 | 2,31 | 2,24 |
| 1,25 | 2,5 | 2,14 | 2,07 | 2,78 | 2,5 | 2,31 |
| 2,5 | 2,22 | 1,91 | 1,71 | 2,37 | 2,02 | 1,88 |
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
