РАБОЧИЙ ОРГАН БУЛЬДОЗЕРА

Полезная модель относится к землеройно-транспортной технике, а именно к рабочему органу землеройной машины типа бульдозер.
Проблема существующих рабочих органов заключается в износе рабочей поверхности его отвала и, как следствие, сокращении срока службы рабочего органа.
Известно, что в процессе копания и транспортирования рабочий орган испытывает сопротивление, которое складывается из трех основных сил: силы резания, силы проталкивания стружки грунта вверх по отвалу и силы от перемещения призмы волочения. Срезаемый слой грунта (стружка), движущийся вверх по рабочей поверхности рабочего органа, испытывает давление со стороны массы грунта, движущейся горизонтально навстречу отвалу. Масса грунта давит на срезаемую стружку, создавая дополнительное сопротивление грунта сдвигу по поверхности контакта, что способствует его интенсивному истиранию.
Известен рабочий орган бульдозера [1], содержащий основной отвал и дополнительный отвал с выступающим средним ножом. Дополнительный отвал установлен перед основным отвалом и жестко прикреплен к нему с помощью боковых открылок.
Устройство работает следующим образом. Грунт отделяется от массива посредством узкого переднего ножа, вырезающего центральную стружку, и заднего прямолинейного ножа, вырезающего боковые резервы грунта. Оба ножа установлены на одном уровне. По бокам бульдозера смонтированы щеки, днище отсутствует. Полученная емкость заполняется грунтом. Вырезанный передним и задним ножами грунт проталкивается через массу призм волочения вверх по криволинейным поверхностям скольжения в направлении наименьшего сопротивления. На поднимаемый пласт действует пригрузка от столба грунта.
Известное устройство позволяет уменьшить составляющую удельного усилия копания грунта на 30-35% и более, перемещать призму волочения на большие расстояния. Также происходит увеличение объема перемещаемой призмы, что позволяет повысить производительность бульдозера и снизить приведенные удельные затраты.
Недостатком известного решения является повышенный износ рабочей поверхности основного отвала. Это обусловлено тем, что при копании призма перемещаемого грунта воздействует на стружку давлением собственной массы. Вследствие этого давления, стружке, помимо преодоления сил сопротивления продвижения вверх по отвалу, приходится преодолевать сопротивление давления на нее призмы грунта. Под действием сил давления призмы стружка прижимается к отвалу и, скользя по его рабочей поверхности, способствует интенсивному износу этой поверхности.
Наиболее близким по технической сущности является рабочий орган бульдозера [2], содержащий отвал с ножом, закрепленным на отвале с зазором. С тыльной стороны отвала установлен газовый коллектор для распределения сжатых газов по выпускным отверстиям. Коллектор целесообразно совмещен с конструктивными элементами отвала - коробкой жесткости и другими, обеспечив при изготовлении герметичность сварочных швов. На отвале выполнены отверстия для выхода сжатого газа из коллектора. Они расположены в нижней части отвала под углом 90° к касательной поверхности скольжения. Над выходными отверстиями расположена задняя грань режущего ножа. Это предотвращает непосредственный контакт отверстий с грунтом, а также обеспечивает подачу газовоздушной смазки вверх по отвалу. Между ножом и поверхностью отвала установлена прокладка толщиной 1-2 мм, обеспечивающая зазор для выхода сжатого газа.
Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух, поступая через отверстия в отвале вверх по рабочей поверхности, выполняет роль воздушной подушки между перемещаемым грунтом и рабочим органом. Эта воздушная подушка предотвращает непосредственный контакт поверхности отвала и грунта. Тем самым, снижается общее сопротивление грунта сдвигу по поверхности контакта, а следовательно, и истирание рабочей поверхности.
уд
в
в
в
Недостатком известного решения является то, что при работе с разными категориями грунтов проявляет разную эффективность работы. Для песчаных грунтов влажностью и прочностью с числом ударов динамического плотномера ДорНИИ С=1-2, перемещающихся по поверхности скольжения с газовоздушной смазкой, с увеличением давления воздуха (Р=(0,025-0,075) МПа) сопротивление движению пласта снижается. Пласт вывешивается и передвигается практически на газовоздушном слое. При P=0,1 МПа происходит стабилизация сопротивления движению пласта. Дальнейшее увеличение давления Р не ведет к уменьшению сопротивления движению пласта. При этом продолжается рост расхода воздуха и общих энергозатрат.
Для супесчаных грунтов в первоначальный момент процесс протекает аналогично. Снижение потребного тягового усилия происходит с увеличением давления воздуха, но до определенного предела. Далее наблюдается увеличение сопротивления движению пласта, что объясняется исчезновением воздушной прослойки под пластом. При увеличении давления воздуха, подводимого на границу сдвига, происходит образование сквозной трещины в грунте («прострел» пласта струей сжатого воздуха) и эффекта вывешивания пласта не наблюдается. Образуется уменьшенная аэрированная площадь контакта, что приводит к опусканию пласта на металлическую поверхность скольжения и ее повышенному износу. Прострел пласта грунта струей сжатого воздуха объясняется превышением давления действующей струи газа величины прочности грунта.
Задачей заявляемого решения является создание такого рабочего органа, который позволил бы снизить износ рабочей поверхности основного отвала рабочего органа за счет уменьшения давления массы грунта на стружку.
Для решения поставленной задачи в известном рабочем органе бульдозера, содержащем отвал и устройство для снижения интенсивности износа рабочей поверхности отвала, устройство выполнено в виде дополнительного отвала, установленного перед основным отвалом на расстоянии не менее толщины срезаемой стружки грунта и жестко закрепленного на нем с помощью ребер, причем ширина дополнительного отвала равна ширине основного, а высота меньше высоты основного отвала в нижней части на толщину стружки, в верхней - на высоту козырька.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются выполнение устройства для снижения интенсивности износа рабочей поверхности отвала в виде дополнительного отвала, расположение его перед основным, на расстоянии не менее толщины стружки, жесткое закрепление дополнительного отвала на основном с помощью ребер, выполнение дополнительного отвала по ширине равным основному, а по высоте в нижней части меньше основного на толщину стружки, в верхней - на высоту козырька.
Благодаря отличительным признакам снижается износ рабочей поверхности основного отвала. Это обусловлено тем, что при копании грунта в процессе перемещения стружки по отвалу бульдозера, когда призма почти сформирована, на нее действуют силы столба грунта, давящего сверху на стружку и слоя грунта, движущегося горизонтально навстречу отвалу. Горизонтальная составляющая этих сил может составлять до 1/3 от всех сил сопротивления грунта копанию.
При установке дополнительного отвала перед основным исключается давление призмы на стружку, поскольку горизонтальная составляющая сил давления призмы грунта воспринимается дополнительным отвалом, и стружка, двигаясь в пространстве между основным и дополнительным отвалом, не испытывает этого давления. В результате уменьшаются силы сопротивления грунта копанию, и следовательно, уменьшается и величина трения стружки о поверхность основного отвала, что приводит к снижению износа его рабочей поверхности. Кроме того, выполнение высоты отвала в нижней части меньше высоты основного отвала на величину больше толщины стружки приводит к тому, что призма будет воздействовать на стружку срезаемого грунта, увеличивая сопротивление грунта сдвигу. Это приводит к более интенсивному истиранию рабочей поверхности основного отвала. В случае уменьшения высоты дополнительного отвала на величину, меньшую толщины стружки, дополнительный отвал будет также срезать грунт и уже его поверхность будет подвержена более интенсивному износу. Заявляемое решение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показан общий вид заявляемого рабочего органа, на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Рабочий орган бульдозера содержит основной отвал 1 шириной 4,31 м. и высотой 1,75 м. с ножами 2, 3, 4, дополнительный отвал 5, расположенный перед основным на расстоянии не менее толщины срезаемой стружки грунта (0,35 м.) и жестко закрепленного на нем с помощью ребер 6. Дополнительного отвал 5 выполнен таким образом, что его ширина равна ширине основного отвала 1 (4,31 м.), а высота меньше высоты основного отвала 1 в нижней части на толщину стружки, в верхней - на высоту козырька 7 (0,27 м.) и составляет 1,13 м.
Рабочий орган бульдозера работает следующим образом. При заглублении отвала 1 и последующим движении машины, при помощи ножей 2, 3, 4 происходит срез слоя грунта, называемого стружкой. Затем стружка беспрепятственно поднимается вверх по отвалу, двигаясь в пространстве между рабочей поверхностью основного отвала 1 и тыльной поверхностью дополнительного отвала 5, а затем смешивается с основной массой призмы волочения. При этом слой грунта, движущегося горизонтально навстречу отвалу, оказывает давление, воспринимаемое дополнительным отвалом 5. Перед ним же формируется и основная масса призмы волочения, которая транспортируется к месту выгрузки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве/Баловнев В.И. - М.: Транспорт, 1983, - стр.43.
2. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве/Баловнев В.И. - М.: Транспорт, 1983, - стр.48.