ВОЗМОЖНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ПРОЧНЫХ И МЕРЗЛЫХ

ГРУНТОВ БУЛЬДОЗЕРОМ, ОСНАЩЕННЫМ ФРЕЗАМИ

Высокие темпы строительства, связанные с выполнением программы Президента РК Н. Назарбаева «Нурлы жол, в соответствии с которой на 2014-2019 годы на реализацию данной программы, только для дорожного строительства выделено 2.4 трлн. тенге, что предусматривает выполнение больших объемов земляных работ. Сеть автомобильных дорог в Казахстане в ближайшие годы должна возрасти и создать транспортную связь от Астаны по всей республике. Эти дороги с различным покрытием верхнего слоя, так как они будут соединять не только областные центры и города, но также и моногорода, районные центры, поселки и села. Если на сегодняшний день нет надлежащего сообщения в виде автодорог, а это тысячи километров дорог различных категорий. По программе «Нурлы жол» в следующие пять лет в Республике Казахстан необходимо построить, провести ремонт и реконструкцию не менее 7,5 тыс. км автодорог. Выполнение этой программы сопровождается большими объемами земляных работ, которые в основной массе выполняются землеройно-транспортными машинами и чаще всего бульдозерами. Но использование бульдозеров не ограничивается только дорожным строительством. Производство земляных работ является одним из основных при строительстве оснований железных дорог, в мелиоративном строительстве и сельском хозяйстве - для строительстве дамб и оросительных каналов, транспортном, промышленном и гражданском строительстве, взлетно-посадочных полос аэродромов, кроме этого они широко используются в горно-добывающей промышленности.

Возможность применения бульдозеров на разнообразных работах послужила причиной весьма широкого их распространения. Они относятся к наиболее часто встречающимися землеройно - транспортным машинам.

Рабочий процесс бульдозера состоит из операций копания, перемещения и разравнивания грунта. При копании режущая часть отвала заглубляется в грунт, одновременно бульдозер движется вперед. Разрушение грунта при работе бульдозера связано с тяговым усилием развиваемым базовой машиной, которое зависит от массы машины и мощности установленного двигателя. Поэтому в зависимости от удельного сопротивления грунта лобовому резанию 7-20 Н/см² бульдозеры могут разрабатывать грунты I-III категории. Однако в соответствии с программой предусматривается строительство и реконструкция более 7 тысяч км автодорог. Поэтому часть объема подготовительных работ необходимо производить и в зимнее время. Если земляные работы производить зимой существующими машинами, то стоимость всех земляных работ не уступает стоимости производства всех земляных работ в летнее время. Такое положение объясняется тем, что прочность мерзлого грунта в десятки и даже сотни раз выше прочности намёрзлого. Одним из путей кардинального повышения эффективности строительного производства является создание строительной техники, позволяющей значительно повысить технический уровень строительных работ. В общем объеме строительства объем земляных работ в Казахстане составляет более 1 млн м³. Работы ученых Ю.А. Ветрова, Д.П. Волкова, А.Н. Зеленина и др. подтверждают, что допускаемый на практике износ режущих элементов вызывает увеличение силы резания на 60-200%, энергоемкости процесса резания –в 1,4-3 раза, себестоимость разработки грунтов бульдозерами на 8-15% при снижении производительности на 10-30%. Кроме того основным направлением повышения эффективности землеройных машин является оптимизация параметров режущих элементов, способствующая увеличению рабочих скоростей и производительности, снижению энергоемкости процесса копания грунта. Это возможно лишь на основе совершенствования рабочих органов землеройной машины путем создания эффективных конструкций

Территория Казахстана в течение почти полугода находится под воздействием отрицательных температур от -14⁰С до -40⁰С при глубине промерзания до 2,4 м при этом грунтовые условия эксплуатации машин различные. Впервые проф. Кабашевым Р.А.[1]на основании исследований установлен для Казахстана грунтовый фон по условиям залегания толщиной 1м до глубины 5м и вероятность изменения их физико-механических свойств, который позволяет более точно прогнозировать условия работы землеройных машин.

Непосредственная эффективная разработка мерзлого грунта землеройными машинами существующих типов практически невозможна, поэтому для успешной разработки таких грунтов требуется создание специальных машин.

Бульдозеры на мощных тракторах ДЭТ-250, Т-330 могут разрабатывать мерзлый грунт при небольшой глубине промерзания 20-30 см, что резко ограничивает их применение. Поэтому используют предварительное утепление, оттаивание , разработку взрывным способом, однако эти способы не везде применимы и неэффективны. Имеются различные варианты конструктивного изменения режущих элементов, однако они являются источниками дополнительных сопротивлений.

Нами предложена конструкция бульдозера с вращающимися фрезами, выполненными в виде винтовых наконечников (рисунок 1)(инновационный патент РК №26613) [2]. Такая конструкция расширяет технологические возможности бульдозера, уменьшает силы сопротивления резанию для разработки прочных и мерзлых грунтов. Это позволяет использовать не сверхтяжелые и тяжелые бульдозеры, а средние по номинальному тяговому усилию 140-200 кН и мощности 55-110 кВт. и значительно сократить количество машин для разработки грунта и использовать их на других видах работ.

При подъезде бульдозера 1 к объекту работы отвал 5 с помощью гидроцилиндра опускается до контакта с грунтом. С помощью гидромотора 3 включается в работу привод 4 фрезы 6 и с помощью толкающих брусьев 2 отвал включается в работу. За счет крутящего момента фрезы внедряются в грунт, а так как поступательная скорость движения бульдозера меньше скорости вращения фрез, что способствует отрыву грунта от массива, а также за счет вращения фрез и поступательного движения отвала бульдозера грунт хорошо разрушается, следовательно, бульдозер перемещается без существенного сопротивления.

Рисунок 1 – Бульдозер с вращающими фрезами.

1 – базовая машина, 2 – толкающие брусья, 3 – гидромотор, 4 – привод,

5 – отвал, 6 – вращающиеся фрезы.

Работа фрез может функционировать в двух режимах: первый режим разбуривание и ослабление массива, второй режим завинчивание и последующий отрыв при остановке горизонтального продвижения машины. При работе соответствующий первому режиму расчет усилий сопротивления определяется как при обычном вращательном бурении.

При втором режиме учитываются особенности разработки мерзлых грунтов которые наглядно характеризуются относительными показателями сопротивления их различным видам деформации. Проф. А.Н. Зелениным [3] установлено соотношение между сопротивлением деформации мерзлого грунта разрыву и сопротивлениями другим видам деформаций (таблица 1).

Поэтому необходимо создавать такие рабочие органы, которые обеспечивали бы разрушение мерзлых грунтов разрывающими усилиями. В предлагаемой конструкции фрезы подобны винтовой лопасти, тогда можно использовать формулу, предложенную Д.А. Лозовым [4] для определения усилия отрыва грунта от массива

Р =2 π R h+ Q

Где R –наибольший радиус винтовой линии;

h-глубина погружения винта

π -удельное сопротивление грунта сдвигу (20-40 кг/см²)

Q- вес рабочего органа

Таблица 1

Характер деформации	разрыв	сдвиг	изгиб	сжатие	резание	вдавливание
Относительный показатель	1	1,5	2	3	7-11	21

За счет крутящего момента фрезы внедряются в грунт, а так как поступательная скорость движения бульдозера меньше скорости вращения фрез, что способствует отрыву грунта от массива, а также за счет вращения фрез и поступательного движения отвала бульдозера грунт хорошо разрушается, следовательно, бульдозер перемещается без существенного сопротивления.

Список использованной литературы

1. Кабашев Р.К. Грунтовые условия эксплуатации землеройной техники в Казахстане. Алма-Ата, 1989

2. Мулдагалиев З.А.,Дюсенбаев Е.Ш. и др. Инновационный патент №26613.Бульдозер с вращающимися фрезами,2012.

3. Основы разрушения грунтов механическими способами. Зеленин А.Н. Изд.2-е перераб. И доп.М., изд-во «Машиностроение»,1968, 376с.

4. Лозова Д.А. и др. Машины для разработки мерзлых грунтов. Саратов. Приволж. кн. изд.1968.