Лекция № 16 Процесс выемки пород бульдозерами

Бульдозер – гусеничный или колесный тягач, оборудованный лемехом. Как и колесный скрепер, он может производить выемку, перемещение и складирование породы. По мощности базового тягача бульдозеры подразделяются на сверхмощные (более 250 кВт), мощные (110—250 кВт), средние (75—110 кВт) и легкие (25—60 кВт).

Лемех бульдозера может быть неповоротным (чаще всего) и поворотным. Управление лемехом у гусеничных бульдозеров канатное или гидравлическое. По форме различают прямые U-образные, полу-U-образные и буксировочные лемеха.

Забоями бульдозера, как и колесного скрепера, могут являться площадка, продольный и торцевой откосы уступа или развала (см. рис. 13.1). Целесообразны наклонные забои с зарезкой и перемещением породы под уклон.

Рисунок 16.1 Схема действия сил при выемке пород бульдозером: Gп.в – вес призмы волочения; Р₂ – вертикальная составляющая суммарной реакции Р породы

Цикл работы бульдозера состоит из зарезки горизонтального или наклонного слоя выемки, набора породы в объеме призмы волочения, перемещения последней и разгрузки.

Во время движения неповоротного бульдозера с заглубленным лемехом тяговым усилием Рт (кН) преодолеваются сопротивления (рис. 16.1): перемещения самого бульдозера Wб, резанию породы лемехом (горизонтальная составляющая Р1 суммарной реакции Р породы), перемещению породной призмы волочения Wп.в, подъему породы вверх по лемеху Wi. Таким образом должно соблюдаться условие

Рт Wб + P₁ + Wп + Wi = oGб + K_Fрbt· 10³ + (1.2—1.3)·10^-3 · Vп.в g (Gб + Vп.в р) i, (16.1) где о – основное удельное сопротивление движению тягача, кН/т; ( о = 0.8—1.2 кН/т); Gб – масса бульдозера, т; K_Fр – удельное сопротивление породы резанию, МПа; b, t – соответственно ширина и толщина стружки, м; Vп.в – объем призмы волочения, м³; р – плотность разрыхленной породы, кг/м³; f – коэффициент трения породы (см. таблицу 15.2); i – удельное сопротивление движению тягача от уклона, кН/т.

Ориентировочно значения K_Fр и р при расчете тяговых усилий бульдозера приведены ниже

Порода........................................................... Глина Супесь и суглинок Песок

K_Fр МПа............................................. 0.12—0.20 0.07 – 0.10 0.05—0.06

р кг/м³............................................ 1200—1800 1600—1800 1500—1700

Сопротивления Wп.в и Wп при зарезке слоя выемки возрастают от нуля до максимальной величины по мере накопления породы в призме волочения. Для полного использования тягового усилия бульдозера в течении всего периода зарезки целесообразно постепенно уменьшать сопротивление Р₁, что достигается клиновой зарезкой (рис. 16.2, а), когда толщина стружки t уменьшается по мере накопления породы перед лемехом. При разработке плотных пород целесообразна гребенчатая зарезка с многократным заглублением лемеха на толщину стружки t₁, t_{2 и} t₃ (рис. 16.2, б), иначе P₁ >Р₂. В легких связных и песчаных породах используется ленточная зарезка (рис 16.2, в), при которой толщина стружки t = tmax = const, а длина участка зарезки (набора породы) Lн и время накопления породной призмы перед лемехом минимальны.

Рисунок 16.2 Схемы способов формирования слоя выемки (зарезки) бульдозером

Ширина стружки b принимается равной длине лемеха lл при выемке сыпучих и неуплотненных мягких пород. С повышением трудности экскавации (величины K_Fр) ширина стружки уменьшается, а длина выемочного участка увеличивается. Практически параметры b и t регулируют совместно, чтобы выдержать допустимые значения. P₁.

При перемещении породы, когда P₁ = 0, резерв мощности тягача может быть использован как на увеличение скорости перемещения, так и объема призмы волочения на 12—15%, для чего лемех оснащают щеками или открылками-уширителями и козырьком.

Плотные, трещиноватые полускальные и мерзлые породы необходимо подготавливать к выемке механическим рыхлением. При выемке взорванных пород размер породных кусков не должен превышать 100 – 120 см. Рационален боковой набор породы с движением бульдозера по подошве уступа вдоль развала с частичным внедрением в него лемеха (выемка узкой заходкой). Если длина пути набора породы Lн и угол откоса развала , то действительный объем (м³) призмы волочения

Vп.в = 0.5(mlл).² Lнtgtg , (16.2) где m = b/lл – отношение части лемеха, внедряемой в породу, к полной его длине lл.

Расчетный объем призмы волочения при высоте лемеха hл

Vп.в.р = 0.5h²лctg . (16.3)

При Lн = 8—10 м m = 0/2—0.4, а ширина узкой заходки Ау = mlл = 0.7—1.2 м. Высота развала при бульдозерной выемке по условиям безопасности не должна превышать 5—7 м. Из-за увеличения времени выемки взорванной породы и уменьшения объема призмы волочения (за счет увеличения коэффициента разрыхления и угла естественного откоса пород) производительность бульдозера снижается в 1.5—2 раза по сравнению с разработкой мягких пород.

Для уменьшения потерь породы при транспортировании бульдозер многократно проходит по одной полосе шириной 3—3.5 м, формируя по краям полосы валики шириной 0.7—1 м, препятствие растеканию породы (рис. 16.3, а, б); глубина образующейся траншеи составляет 0.6—0.7 м. В мягких породах бульдозеры иногда работают спарено (рис. 16.3, в), при этом производительность их увеличивается на 30—50%

Рисунок 16.3 Схемы способов уменьшения потерь породы при их транспортировании бульдозером: а – созданием траншей; б – многократными проходами по одному следу; в – спаренно1й работой бульдозеров; г – созданием промежуточных валов

С увеличением расстояния транспортирования породы Lт до 50—100 м весь участок перемещения разбивают на две-три части (l₁, l₂, l₃). В конце каждой части породу штабелируют в виде промежуточного вала, последовательно перемещаемого к месту разгрузки (рис. 16.3, г). Продолжительность цикла при этом увеличивается, но производительность бульдозера возрастает на 30—40% за счет уменьшения потерь и улучшения набора породы.

Схемы движения бульдозера – челноковая и кольцевая. Кольцевую схему целесообразно применять при расстоянии транспортирования более 50 м.

При работе бульдозера допустимы следующие максимальные уклоны,%:

ход подъем спуск поперечный уклон груженый 15—18 50 30 порожный 35—42 50 30

Разгрузка бульдозера производится под откос уступа послойно с последующим разравниванием (поднятием лемеха на высоту слоя) или штабелирования в зависимости от характера работы и вида применяемого затем погрузочного оборудования.