СОВРЕМЕННЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ БУЛЬДОЗЕРОВ ДЛЯ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА

Аннотация: в статье даётся обзор путей создания бульдозеров отечественного производства для условий лесного комплекса. При этом большое внимание уделяется оптимальной конструкции таких бульдозеров и особое значение для этих машин придаётся необходимости оснащения их различным видом дополнительного оборудования, необходимого при выполнении всех видов работ дорожного строительства в лесном комплексе.

Для решения проблемы необходимого объёма строительства лесных дорог различного назначения в настоящее время в условиях лесного комплекса необходимо внедрение высокопроизводительных дорожно-строительных машин, как общего пользования, так и специального назначения, которые позволят при высоких показателях производительности труда обеспечить необходимый объем работ при строительстве, содержании и ремонте лесовозных дорог, что в свою очередь позволит интенсифицировать лесотранспортный процесс, а, следовательно, весь процесс лесозаготовок.

Основными направлениями повышения производительности бульдозеров общего назначения и лесодорожных машин является, прежде всего, увеличение их мощности, а также оснащение дополнительным рабочим оборудованием, значительно расширяющим сферу использования их в условиях лесного комплекса. При этом базовые трактора, как гусеничные, так и колесные и навешиваемое (агрегатируемое) на них рабочее оборудование бульдозерное, рыхлительное и другое должны быть приспособлены друг к другу и учитывать специфические особенности предприятий лесного комплекса.

В условиях лесного комплекса в дорожном строительстве применяются бульдозеры на гусеничных тракторах общего назначения и на колесных тракторах (К-703) - лесодорожные машины ЛД-30, ДМ-15 и т.п. Гусеничный бульдозер по сравнению с колесным обеспечивает значительно большую силу тяги, уступая в скорости передвижения при одинаковой мощности двигателя. К примеру, колесное ходовое оборудование на разных грунтах обеспечивает коэффициент сцепления 0,4...0,6, а гусеничное - 0,6...0,9, т.е. для получения одинаковой силы тяги колесный бульдозер должен быть в 1,3... 1,5 раза тяжелее гусеничного и обладать большей мощностью [1]. Эффективность применения гусеничных или колесных лесодорожных машин, а также машин (бульдозеров) общего назначения определяется грунтовыми и эксплуатационными условиями работы, что особенно характерно для условий лесного комплекса. Колесные бульдозеры (лесодорожные машины ЛД-30, ДМ- 15), обладая преимуществом в скорости и мобильности, более эффективны при дальних переездах к месту работы, рассредоточенности объектов строительства или при одновременном обслуживании нескольких объектов (например, строительство временных подъездных путей на разных лесозаготовительных участках), на разработке легких и поверхностных слоев грунта, не требующих больших тяговых усилий.

На переувлажненных (заболоченных) и глинистых грунтах сцепление шин колесного ходового оборудования с грунтом значительно ниже, чем у гусениц, а на рыхлых и песчаных - примерно одинаковое. Это, безусловно, для условий лесного комплекса обуславливает лучшую проходимость гусеничных бульдозеров и их более широкую область применения по сравнению с колесными. Гусеничные машины эффективно работают на тяжелых и прочных грунтах, на косогорах, при резких изменениях уклона местности (поверхности) - горные лесозаготовки, на грунтах повышенной влажности (заболоченных участках лесосырьевых баз) и в других тяжелых эксплуатационных условиях лесного комплекса.

Гусеничные бульдозеры отечественной промышленностью выпускаются с неповоротным и поворотным отвалами. Колесные бульдозеры, как правило, имеют неповоротный отвал, который не создает боковых нагрузок на шины колес. Наибольшее распространение в условиях лесного комплекса получили бульдозеры общего назначения с неповоротным отвалом.

В настоящее время неповоротные отвалы бульдозеров выполняются в плане прямыми, полусферическими и сферическими. За рубежом прямые отвалы применяются только на легких бульдозерах и бульдозерах - толкачах. Основным видом рабочего оборудования средних и тяжелых бульдозеров является полусферический отвал с боковыми участками, ширина которых равна ширине крайних ножей, установленных под углом 12... 15° боковыми краями вперед. Такая форма отвала снижает потери грунта из призмы волочения в боковые валики при перемещении ее (призмы волочения) на значительные расстояния более 50,0 м и обеспечивает повышение производительности машины.

В качестве сменных видов рабочего оборудования применяются сферические отвалы, усиленные отвалы, предназначенные для толкания скреперов, отвалы увеличенных размеров по высоте и по длине для легких грунтов и различных материалов. При этом сферические отвалы используются на средних и тяжелых бульдозерах для разработки и перемещения на повышенные расстояния разрыхленных грунтов и сыпучих дорожностроительных материалов. Они имеют увеличенную длину по режущим ножам и выполняются из трех частей, как и полусферические. Но длина средней прямой части составляет 35...40% длины всего отвала, а боковые части установлены под углом 25°. Применение сферических отвалов особенно эффективно при транспортировке грунтов и дорожно-строительных материалов на расстояния до 100 м и более.

Применение гидрофицированного перекоса неповоротного отвала требует введения механизма компенсации перекоса - специальной связи между горизонтальными раскосами или кронштейнами толкающих брусьев. Механизм компенсации перекоса должен обеспечивать кинематическую увязку рабочего органа (отвала) и толкающих брусьев при перекосе его и одновременно не позволять рабочему оборудованию (отвалу) деформироваться под действием поперечных сил.

Особого внимания заслуживает механизм компенсации перекоса, в котором вместо традиционных сложных кинематических связей между толкающими брусьями введена поперечная штанга шарнирно соединяющая отвал с передним концом рамы трактора. Она воспринимает и передает на базовый трактор действующие на отвал поперечные силы, не ограничивая при этом взаимные перемещения толкающих брусьев. Такая схема механизма компенсации перекоса с поперечной штангой обеспечивает существенное приближение отвала к базовому трактору и улучшение за счет этого параметров всей машины в целом. Таких как: снижение металлоемкости, увеличение усилий на режущей кромке ножей отвала, выравнивание эпюры давления гусениц и маневренности машины.

Помимо указанных сменных видов рабочего оборудования для условий лесного комплекса с успехом может применяться планирующий отвал, который имеет две рабочие поверхности спереди и сзади. Бульдозер с таким отвалом может осуществлять планировку отсыпанного грунта или дорожностроительных материалов с одинаковой эффективностью при движении, как передним, так и задним ходом. Посредством шарниров, расположенных в верхней его части, планировочный отвал соединяется с охватывающими толкающими брусьями, объединенными в общую раму. Изменения угла наклона отвала вперед или назад в зависимости от движения машины осуществляется с помощью двух гидроцилиндров из кабины оператора.

В отдельных случаях для ограничения интенсивности заглубления отвала к поперечине П-образной рамы прибалчиваются две опорные лыжи из прочной стали с повышенным сопротивлением истиранию, которые регулируются по высоте установки по отношению к режущей кромке отвала.

Учитывая специфику строительства лесных дорог различного назначения и природно-климатических условий предприятий лесного комплекса, а также опыт создания специальных лесодорожных машин серийно-выпускаемые отечественные бульдозеры должны иметь съемно-навесное и постоянно- навешенное сменное рабочее оборудование следующих типов: прямой, поворотный, полусферический, сферический и толкающий отвалы; рыхлительное оборудование, но только не однозубое; корчующее оборудование и кусторезное одноотвальное или двухотвальное.

При этом полусферический и сферический отвалы должны иметь значительную длину по режущим ножам с увеличенными размерами боковых секций, что будет способствовать повышению эффективности работы таких машин при транспортировке легко разрабатываемых грунтов и сыпучих дорожно-строительных материалов на увеличенные расстояния.

Поворотный отвал должен устанавливаться в прямом положении перпендикулярно продольной оси машины и в повернутом вправо или влево на различный угол в зависимости от технологии выполнения работ. Он (отвал) предназначен для планировки отсыпанных слоев грунта в насыпи земляного полотна, для засыпки траншей и котлованов, нарезки террас на косогорных участках для устройства земляного полотна в полунасыпи и полувыемки в горных условиях лесозаготовок, а также для нарезки кюветов, водоотводных канав и планировки откосов резервов, насыпей и выемок. П-образная универсальная рама такого отвала должна использоваться для навески различного специального оборудования предназначенного для расчистки площадей под строящиеся объекты, дляотрывки водоотводных и дренажных канав (канавокапательное оборудование), для очистки проезжей части лесовозных дорог от снега, для толкания скреперов и рыхлителей и т.п.

Рыхлительное рабочее оборудование должно быть постоянно- навешенное, а, следовательно, для условий лесного комплекса должны выпускаться бульдозеры - рыхлители. При этом, для повышения универсальности использования таких машин с повышенной мощностью силового оборудования они должны оснащаться навесными рыхлителями заднего расположения и иметь не менее трех зубьев с индивидуальным приводом каждого.

Для повышения эффективности производства работ рыхлители помимо индивидуального привода каждого рыхлительного зуба должны иметь гидравлическое применение угла рыхления и величины максимального заглубления в зависимости от свойств разрабатываемого грунта и наличия в нем корневых систем оставшихся от растущих насаждений.

Особое внимание при создании рыхлительного оборудования бульдозера для использования в условиях лесного комплекса следует уделять внимание унификации основных узлов навески, что позволит, например, заменяя рабочую балку, получать исполнение рыхлительного оборудования с любым количеством зубьев.

Вместе с бульдозерами-рыхлителями для условий лесного комплекса не менее важное значение имеют бульдозеры-толкачи или агрегатирование бульдозера-рыхлителя толкающим съемно-навесным отвалом специальной конструкции. В данном случае следует отметить что область применения бульдозеров-толкачей или толкающих отвалов для дорожного строительства лесного комплекса не ограничивается толканием скреперов при выполнении ими процесса резания грунта и набора им ковша. Так при выполнении операции по вычесыванию корневых систем и рыхлению грунтов выше III категории будут широко применяться бульдозеры-толкачи для толкания бульдозеров-рыхлителей, что должно обеспечить разработку более прочных грунтов с мощной корневой системой и на значительно большую глубину рыхления.

Для условий лесного комплекса бульдозер-рыхлитель (бульдозерно- рыхлительный агрегат) обязательно должен быть укомплектован дополнительным съемно-навесным кусторезным рабочим оборудованием, которое может быть одноотвальным или двухотвальным. Кусторезное одноотвальное рабочее оборудование с усиленным выступающим вперед углом должно обеспечивать срезку (расчистку) кустарника и мелколесья, валку деревьев большого диаметра (бурелома и снеголома), срезки (снятия) растительного слоя грунта и нарезки канав при строительстве лесных дорог различного назначения. ДвухотвальноеУ-образное кусторезное съемнонавесное рабочее оборудование, так же как и одноотвальное предназначено для срезки кустарника, мелколесья, бурелома и снеголома при строительстве лесных дорог. Благодаря двухотвальной конструкции такое кусторезное оборудование способствует более полному использованию тяги базового трактора и оно значительно производительнее чем одноотвальное. Выступающий вперед центральный угол отвала, снабженный массивным клыком (ножом), предназначен для раскалывания деревьев большого диаметра при их срезке.

Бульдозер-рыхлитель (бульдозерно-рыхлительный агрегат) для условий лесного комплекса должен быть укомплектован также съемно-навесным корчующим рабочим оборудованием. При этом корчевательно-собирательный частично или полностью решётчатый или каркасно-листовой отвал должен обеспечивать вместе с корчевкой пней большого диаметра расчистку площадей от выкорчеванных пней, вычесанных корневых систем и камней. Отвал такой конструкции должен навешиваться на базовый трактор с помощью толкающих брусьев или универсальной толкающей рамы очень быстро и просто.

Машины (бульдозеры-рыхлители) укомплектованные кусторезным и корчевательным съемно-навесным рабочим оборудованием должны быть обязательно снабжены устройствами для защиты кабины (оператора) и всех агрегатов самой машины от падающих деревьев, сучьев и веток.

Для навесного рабочего оборудования бульдозерно-рыхлительных агрегатов предназначенных для выполнения работ в условиях лесного комплекса и с учетом его специфических особенностей характерны следующие направления совершенствования их конструкции. Итак, для бульдозерного оборудования прослеживается следующее:

• - в зависимости от мощности базового шасси (трактора) основным видом этого оборудования должно быть неповоротное с прямым, полусферическим или сферическим отвалом, или поворотным с прямым полусферическим отвалом, оснащенным механизмом гидроперекоса его;
• - при этом бульдозерное оборудование должно быть с механизмом компенсации боковых усилий при перекосе отвала с преимущественным применением на тракторах мощностью более 200 кВт, выполненных в виде поперечной штанги с парой универсальных шарниров для соединения элементов рабочего оборудования с базовым трактором или между толкающими брусьями взамен сложных рычажно-звеньевых механизмов;
• - агрегатированиебульдозерно-рыхлительных агрегатов различными типами отвалов необходимых для дорожного строительства должно быть унифицированно с основным рабочим оборудованием привязочными местами с возможностью несложной установки их на машину для повышения производительности на специальных работах и в соответствующих условиях различных предприятий лесного комплекса;
• - вместе с этим бульдозерно-рыхлитльные агрегаты должны быть оснащены дополнительными устройствами к основному бульдозерному оборудованию для захвата и перемещения штучных и сыпучих грузов (дорожно-строительных материалов) и для специальных технологических операций характерных для лесных условий;
• - в бульдозерно-рыхлительных агрегатах должно быть использование для перекоса и изменения угла резания отвала гидрораскосов, управляемых в режимах работы одного исполнительного механизма (гидроцилиндра) либо двух гидроцилиндров с подачей рабочей жидкости в одну или разноименные полости;
• - должно быть обеспечено уменьшение числа смазываемых точек как на основном бульдозерном оборудовании так на дополнительных и увеличение межоперационного периода техобслуживания рабочего оборудования.

Развитие (совершенствование) конструкции рыхлительного рабочего оборудования должно осуществляться в направлении:

оборудование бульдозерно-рыхлительных агрегатов должно

осуществляться рыхлителями заднего расположения не менее как с тремя зубьями имеющими каждый индивидуальный привод из кабины оператора;

- в зависимости от мощности базового шасси (трактора) основным видом

рыхлительного оборудования должно быть трехзвенное или

параллелограммное в многозубовом исполнении (минимум 3 зуба) с дистанционным регулированием угла рыхления, а также четырехзвенное в многозубовом исполнении и с преимущественным дистанционно (из кабины оператора) регулируемым углом рыхления;

• - при этом должно быть использование для дистанционного регулирования угла рыхления пары гидроцилиндров, устанровленных взамен верхней тяги, а для изменения глубины рыхления гидроцилиндра взаимодействующего с осью крепления каждого зуба без применения рычажно-звеньевых механизмов;
• - необходимо применение на бульдозерно-рыхлительных агрегатах для лесного комплекса гидрофицированного управления выдвижения пальца для изменения стойки зуба или снижения числа шагов для перестановок стоек рыхлительных зубьев по глубине вследствие исключения нижнего отверстия;
• - и, наконец должно быть осуществлено шарнирное крепление рыхлительного рабочего оборудования агрегата к проушинам корпуса заднего моста базового шасси вместо крепления его шпильками.

Библиографический список

1. Бусленко, В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем [Текст]: В.Н. Бусленко - М.: Наука, 1977. - 329 с.