Н А Ч А Л Ь Н о е п р о ф есс и о Н А Л Ь Н о е о б р А з о в А Н и е

В.Ф.ЗамышляеВ,В.Ф.СандалоВ,м.Р.ХРомой

обСлужиВание

иэкСплуатация

бульдоЗеРа

уЧебник

Рекомендовано

Федеральным государственным автономным учреждением

«Федеральный институт развития образования» (ФГАУ «ФИРО»)

в качестве учебника для использования

в учебном процессе образовательных учреждений,

реализующих программу НПО по профессии 130404.01 «Машинист на открытых горных работах»

Регистрационный номер рецензии 463 от 10 октября 2012 г. ФГАУ «ФИРО»

Рекомендовано Научно-методическим советом Министерства профессионального образования, подготовки и расстановки кадров Республики Саха (Якутия) для использования в учебном процессе учреждений начального и среднего профессионального образования Республики Саха (Якутия) Москва УДК 622.6(075.32) ББК 33.16я З- Данный учебник разработан по заказу Министерства профессионального образования, подготовки и расстановки кадров республики саха (Якутия) Р е ц е н з е н т ы:

первый проректор ФГБОУ ДПО «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов», д-р техн. наук, проф. в.с.Квагинидзе;

доцент кафедры горных машин Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова, канд. техн. наук, ст. научн. сотрудник Г. п. Довиденко Замышляев В. Ф.

З-268 Обслуживание и эксплуатация бульдозера : учебник для нач. проф. образования / В. Ф. Замышляев, В. Ф. Сандалов, М. Р. Хромой. — М. : Издательский центр «Академия» ;

«Академия-Медиа», 2012. — 272 с.

ISBN 978-5-7695-9373- Учебник создан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по профессии 130404.01 «Машинист на открытых горных работах».

Даны основные характеристики грунтов. Рассмотрены организация и технология бульдозерных работ в карьере; назначение, область применения бульдозеров и их классификация. Приведены технические характеристики современных бульдозеров и основные сведения по их устройству. Проанализированы основные положения технического обслуживания бульдозеров, контроля их технического состояния и ремонта.

К данному учебнику выпущен электронный образовательный ресурс «Обслуживание и эксплуатация бульдозера».

Для учащихся учреждений начального профессионального образования.

Может быть использован при профессиональном обучении рабочих на производстве.

УДК 622.6(075.32) ББК 33.16я © Замышляев В. Ф., Сандалов В. Ф., Хромой М. Р., © Образовательно-издательский центр «Академия», © Оформление. Издательский центр «Академия», © «Академия-Медиа», ISBN 978-5-7695-9373- Уважаемый читатель!

Данный учебник является частью учебно-методического комплекта по профессии 130404.01 «Машинист на открытых горных работах».

Учебник предназначен для изучения профессионального модуля ПМ.01 «Обслуживание и эксплуатация бульдозера».

Учебно-методические комплекты нового поколения включают в себя традиционные и инновационные учебные материалы, позволяющие обеспечить изучение общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей. Каждый комплект содержит учебники и учебные пособия, средства обучения и контроля, необходимые для освоения общих и профессиональных компетенций, в том числе и с учетом требований работодателя.

Учебные издания дополняются электронными образовательными ресурсами. Электронные ресурсы содержат теоретические и практические модули с интерактивными упражнениями и тренажерами, мультимедийные объекты, ссылки на дополнительные материалы и ресурсы в Интернете. В них включен терминологический словарь и электронный журнал, в котором фиксируются основные параметры учебного процесса: время работы, результат выполнения контрольных и практических заданий. Электронные ресурсы легко встраиваются в учебный процесс и могут быть адаптированы к различным учебным программам.

Учебно-методический комплект по профессиональному модулю ПМ.01 «Обслуживание и эксплуатация бульдозера» включает электронный образовательный ресурс «Обслуживание и эксплуатация бульдозера», ссылки на который в учебнике обозначены.

Учебно-методический комплект разработан на основании Федерального государственного образовательного стандарта начального профессионального образования с учетом его профиля и современных тенденций развития горного дела в условиях Крайнего Севера.

Предисловие Открытый способ разработки полезных ископаемых является наиболее перспективным в технологическом, экономическом и социальном отношениях. Этим способом в настоящее время добывается примерно 75 % общего объема твердого минерального сырья, потребляемого экономикой страны. Это касается угля, руд черных и цветных металлов, горно-химического сырья и строительных горных пород.

Современный карьер представляет собой предприятие с высоким уровнем механизации, на котором сосредоточено большое количество мощных буровых станков и экскаваторов, выемочнотранспортирующих машин и другого оборудования. Структура комплексной механизации разработки полезных ископаемых в составе горно-транспортного оборудования предусматривает применение в основных и вспомогательных технологических процессах бульдозеров и бульдозерно-рыхлительных агрегатов. Для современных бульдозеров промышленного назначения характерно применение двигателей мощностью 350 … 500 кВт, гидрофицированных и электромеханических силовых приводов, автоматизированного управления рабочими органами.

Важнейшим условием повышения эффективности использования такого оборудования, увеличения срока его службы и надежности в работе являются правильная эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт.

Важная роль в выполнении этих задач на современном горном предприятии принадлежит работникам первичного звена — бульдозеристам. Современный рабочий-бульдозерист должен знать основы механизации и автоматизации горного производства, эксплуатационные и технические данные бульдозеров, принципы действия и технические возможности машин и элементов их конструкций, а также основы технической эксплуатации, обслуживания и ремонта. Он должен уметь строго соблюдать правила безопасности при ведении горных работ, обслуживании и ремонте машин.

Глава наЗнаЧение, клаССиФикация 1.1. наЗнаЧение и облаСть пРименения На открытых горных работах структура комплексной механизации добычи полезных ископаемых предусматривает применение выемочно-транспортирующих машин (ВТМ): бульдозеров, скреперов, одноковшовых погрузчиков — для разработки и перемещения малосвязных или хорошо разрыхленных скальных пород. На карьерах широкое применение получили бульдозеры и бульдозерно-рыхлительные агрегаты как для производства вспомогательных работ (зачистка кровли пласта, планировка трассы транспортных коммуникаций и рабочих площадок уступов, понижение их высоты, сооружение насыпей), так и для вскрышных и добычных работ.

Современные отечественные и зарубежные бульдозеры, применяемые на открытых горных работах, характеризуются большой единичной мощностью, гидрофицированным или электромеханическим силовым приводом, автоматизацией управления рабочими органами.

Бульдозер — самоходная выемочно- транспортирующая машина, состоящая из базового тягача (гусеничного или колесного трактора) и навесного рабочего оборудования, расположенного вне базы ходовой части, предназначенная для разработки и перемещения горной массы на небольшое расстояние (60 … 150 м) и ее разравнивания.

Бульдозеры снабжаются сменным оборудованием (рыхлительными зубьями, плужным ножом кабелеукладчика, откосниками, уширителями, открылками, тяговыми лебедками и др.).

В качестве основного оборудования бульдозеры применяются:

при строительстве горных предприятий (рудных карьеров, угольных разрезов);

при разработке россыпных месторождений и нерудных строительных материалов, при рекультивации и отвалообразовании.

Как вспомогательное оборудование бульдозеры применяются:

при выемочно-погрузочных работах в забое и аккумулирующих и усреднительных складах;

на зачистке подошвы уступа и строительстве подъездных дорог в схемах с одноковшовым экскаватором и автомобильным транспортом;

при строительстве и передвижке карьерного железнодорожного пути и конвейерных линий, на планировке, подсыпке и зачистке трасс;

при строительстве и ремонте карьерных дорог, на зачистке и планировке; при подготовке блока породы к выемке, например на угольных разрезах — зачистка кровли пласта, на рудных карьерах — зачистка после взрывных работ.

Горные работы характеризуются тяжелыми условиями эксплуатации техники, что предъявляет особые требования к конструкции машин.

Наиболее широкое распространение в качестве базовых машин бульдозеров получили гусеничные и колесные тракторы. Трактор состоит из следующих основных частей: двигателя, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления, рабочего и вспомогательного оборудования.

Двигатель служит источником механической энергии, необходимой для приведения в действие трактора и соединенных с ним машин и орудий.

Трансмиссия передает крутящий (вращающий) момент от двигателя ведущим колесам или ведущим звездочкам и некоторым механизмам рабочего оборудования.

Ходовая часть передает силу тяжести трактора на почву и обеспечивает его передвижение.

Механизмы управления колесным трактором состоят из рулевого управления и тормозов, а гусеничным — из механизмов поворота и тормозов. Рулевым управлением и механизмами поворота изменяют направление движения трактора. Тормозами уменьшают скорость движения трактора, останавливают и удерживают его на месте, пользуются при выполнении крутых поворотов.

Рабочее оборудование — отвал и рыхлитель.

Вспомогательное оборудование включает в себя кабину, облицовку, сиденье и т. п.

1.2. СВедения о гРунтаХ Горные породы — это природные плотные или рыхлые минеральные образования, возникшие в результате геологических процессов, слагающие земную кору в виде самостоятельных геологических тел.

В инженерной практике на земляных и строительных работах горные породы называются грунтами и подразделяются на скальные и нескальные (полускальные, крупнообломочные, глинистые, песчаные).

Скальные грунты представляют собой твердые тела, они отличаются высокой прочностью. Длительное насыщение водой обычно не изменяет их свойства. К скальным грунтам относятся изверженные или магматические породы, многие осадочные породы, возникающие при остывании расплавленной магмы, выжимаемой либо в земную кору, либо на ее поверхность (граниты, песчаники, известняки и др.). Образцы этих пород обладают большой прочностью, не менее 5 МПа, и плотностью до 4 000 кг/м3.

К полускальным грунтам относятся сцементированные горные породы (мергели, окаменевшие глины и др.) с пределом прочности до 5 МПа.

Куски скальных и полускальных пород относятся к крупнообломочным грунтам.

Глинистые грунты являются продуктом естественного разрушения и преобразования горных пород; они состоят из частиц, размеры которых в основном менее 0,005 мм.

Разрушенные горные породы, состоящие из несцементированных мелких частиц (песчинок) размером 0,05 … 2,0 мм образуют песчаные грунты.

Такое разнообразие грунтов требует знания их физико-механических свойств для выбора соответствующих горных машин и оборудования, с помощью которых будет проводиться разработка этих грунтов.

Физико-механическими свойствами горной породы называются совокупность физических и механических свойств, определяющих поведение горной породы в процессе ее деформации и разработки.

Рассмотрим физико-механические свойства горных пород.

Физические свойства:

плотность — отношение массы породы к ее объему при естественной влажности. Обозначается п, кг/м3 или т/м3;

связность — определяется сцеплением отдельных частиц породы между собой и характеризует способность последней сопротивляться их разделению;

сцепление — сила связей между частицами, обусловленная молекулярными цементационными, структурно-коллоидными, водоадсорбционными механическими связями и взаимодействиями; определяется как касательное напряжение, необходимое для преодоления непосредственного сцепления между частицами породы при сдвиге См, Па;

липкость — способность породы прилипать к различным предметам. Характеризуется удельным налипанием, Н/м2;

теплопроводность — величина, характеризующая теплопроводящие свойства породы и зависящая от ее химических свойств и состояния. Обозначается, Вт/(мК)°;

влажность — отношение массы воды в образце к массе его твердых частиц. Характеризуется коэффициентом влажности;

пористость — отношение объема, занятого порами, ко всему объему породы. Характеризуется коэффициентом пористости.

Механические свойства:

твердость — способность породы оказывать сопротивление проникновению в нее другого, более твердого тела;

крепость — сопротивление породы общему разрушению.

Характеризуется коэффициентом крепости f по шкале проф.

М. М. Протодьяконова;

гранулометрический состав — процентное содержание по массе частиц различной крупности (размера);

угол естественного откоса — угол у основания конуса, который образуется при отсыпке разрыхленной породы с некоторой высоты. Обозначается о, °;

разрыхляемость — отношение объема разрыхленной породы к первоначальному ее объему (в целике). Характеризуется коэффициентом разрыхления Кр;

сопротивление породы вдавливанию — характеризуется коэффициентом сопротивления смятию р0, Н/см2 или Н/м2, определяемым величиной нагрузки, под действием которой стержень с опорной поверхностью 1 см2 внедряется в породу трещиноватость — характеризуется наличием в горной породе трещин, образуемых при разрыве внутренних связей в породном массиве;

абразивность — способность породы интенсивно изнашивать разрушающий ее инструмент;

сопротивление резанию — способность породы сопротивляться механическому воздействию, вызывающему определенную совокупность напряжений сжатия, растяжения и сдвига, преодоление которых завершается разрушением породы и отделением от массива кусков или слоев. Характеризуется коэффициентом резания k, Па, т. е. усилием, отнесенным к единице площади поперечного сечения разрабатываемого объема породы.

Классифицируются горные породы по нескольким показателям:

крепости, трудности разрушения и буримости, степени трудности экскавации и т. д. Каждая классификация имеет сугубо прикладное значение, поэтому связать их по какому-либо одному из показателей не всегда представляется возможным.

Наибольшее распространение получила классификация горных пород по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым (табл. 1.1). Крепость породы оценивается коэффициентом крепости f = 0,3 … 20.

таблица1.1. классификациягорныхпородпошкалепроф.

м.м.протодьяконова Категория Степень крепости Породы Категория Степень крепости Породы породы кий известняк, мел, каменная соль, гипс, обыкновенный мергель, трещиноватый песчаник, каменистый VIII Землистые поро- Растительный грунт, торф, 0, При отрицательных температурах, а также в зависимости от продолжительности зимнего периода и условий залегания грунты изменяют свои свойства. Особенно остро это проявляется в условиях Якутии, где продолжительность зимнего периода составляет более 230 дней. Смерзшиеся грунты имеют значительно большую (в 50 — 60 раз) прочность, чем несмерзшиеся (талые). Повышение сопротивления разрушению грунтов при отрицательных температурах происходит вследствие превращения в лед части воды, содержащейся в грунте. Лед становится цементирующим материалом в замерзшем грунте, связывающим минеральные частицы грунта в сплошной высокопрочный монолит.

Прочность мерзлого грунта возрастает также с увеличением в нем количества частиц песка, что резко отличает мерзлые грунты от талых.

Объемы земляных работ и производительность машин для них определяются по объему грунта в состоянии естественного залегания.

Взаимодействие рабочего органа горной машины с грунтом при разработке сопровождается деформацией, разрушением и перемещением грунта. Для анализа взаимодействия рабочего органа с грунтом, определения возникающих при этом сопротивлений, необходимо знать физико-механические свойства грунта, конструктивные особенности рабочего органа.

1.3. РаЗРушение гоРныХ поРод При разработке горных пород происходит их разрушение. В настоящее время преимущественно применяют механический, гидравлический и взрывной способы разрушения. Физический, химический и комбинированный способы разрушения имеют ограниченное применение.

При механическом способе разрушения происходит контактное силовое воздействие инструмента рабочего органа на породу, в результате чего слои или куски горной породы отделяются от массива. Гидравлический способ разрушения позволяет отделять породу от массива напорной струей воды, подаваемой из гидромонитора, или когда порода вместе с водой всасывается земснарядом со дна водоема. Разрушение пород взрывом происходит под действием давления газов, выделяемых взрывчатыми веществами (ВВ) в замкнутом объеме.

Разрушение грунта бульдозером происходит в результате непосредственного воздействия рабочего органа (отвала, зуба рыхлителя) на связи между его частицами, вследствие чего снижается сцепление между частицами породы или внутреннее трение.

Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволи- нейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные режущие ножи, наплавленные износостойким сплавом. Режущая часть отвала, нож, имеет форму клина (рис. 1.1), ограниченного передней 1 и задней 3 гранями. Линия 2 пересечения этих граней называется режущей кромкой.

Основными параметрами режущего клина принято считать угол заострения, угол резания и задний угол. Наклон клина к направлению движения образует углы и, при этом угол заострения =. При движении бульдозера вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт. Отделенная от массива и поднятая отвалом вверх порода образует призму волочения (навал) перед рабочим органом (рис. 1.2).

В начале копания, когда призмы волочения еще нет, трактор может полностью реализовать избыточную силу тяги на отделение стружки от массива; толщина стружки в этом случае имеет максимальное значение hmax (рис. 1.3). С образованием призмы волочения объемом епр часть тягового усилия расходуется на ее перемещение, Рис. 1.2. Бульдозерный отвал (1), призма волочения (2) и нож (3) Рис. 1.3. Схема рабочего процес- Рис. 1.4. Схема рабочего органа 1 — угол откоса призмы волочения; — угол заострения; — угол резания; — задний угол Но — высота отвала и тяговое усилие, затрачиваемое на отделение стружки от массива, уменьшается. Толщина стружки плавно или ступенчато уменьшается и к концу копания, Lкоп, становится минимальной, hmin.

При копании бульдозерным отвалом усилие, развиваемое механизмом передвижения, затрачивается на преодоление сил сопротивления: отделения породной стружки от массива (резание), подъема породы по отвалу и перемещения образовавшейся призмы волочения.

Для подготовки полускальных пород к выемке используют мощные рыхлители. В рыхлителях в качестве самостоятельного рабочего органа применяются зубья, производящие предварительное рыхление и отделение грунта с отрывом его от массива (рис. 1.4).

Угол заострения наконечника зуба = 20 … 30°, угол резания обычно составляет 30 … 45° при заднем угле 5 … 10°.

В зависимости от условий разработки грунта и его характеристики применяются различные очертания кромки зуба. Наиболее распространенной формой является форма зуба, приведенная на рис. 1.5, а.

При разработке связных крепких грунтов применяются зубья с криволинейной кромкой (рис. 1.5, б), обеспечивающей лучшие услоРис. 1.5. Формы (а … в) очертания кромки зубьев Рис. 1.6. Схема рабочего процесса рыхлителя:

Lу — длина рабочего участка; вр — ширина прорези поверху; bp — ширина нижней части прорези; — угол раскрытия прорези; Hp — глубина заглубления зуба; hэ — глубина эффективного рыхления вия внедрения зуба в грунте. Зубья с трапециевидной кромкой (рис.

1.5, в) используются при разработке крепких и скальных грунтов.

Эти зубья меньше изнашиваются и дольше сохраняют свою работоспособность. В плотных породах целесообразно применять многозубые рыхлители, обеспечивающие более высокую производительность рыхления.

Рабочий процесс рыхлителя состоит из заглубления зуба стойки до установленной глубины рыхления Нр (рис. 1.6, б ) и последующего прямолинейного движения машины на участке работ длиной Lу (рис. 1.6, а).

При проходе первой борозды образуется зона разрушения (см.

рис. 1.6, б) с общей глубиной Hp, шириной вр поверху и bp понизу.

При последующих проходах необходимо выбирать такой шаг, при котором получалась бы максимальная высота слоя разрушения hэ, так как слишком близко параллельные проходы делать нельзя из-за неустойчивой работы рыхлителя. Оптимальный шаг должен быть равен вр /2 (рис. 1.6, в). В этом случае второй и последующий проходы дают меньшую площадь разрушения, чем первый. В связи с этим наибольшие нагрузки на рабочем органе будут возникать при первом проходе.

1.4. Земляные и подготоВительные К земляным работам, выполняемых бульдозером, относятся:

возведение насыпей высотой до 2 м;

планировка грунта на пересеченной местности;

сооружение котлованов, каналов и осушительных канав, террас на высокогорах;

Рабочий цикл начинается с операции зарезания в момент начала движения машины (I ) (рис. 1.7). Зарезание следует начинать при максимальном заглублении отвала, уменьшая это заглубление по мере образования перед отвалом призмы волочения. В процессе рабочего хода (II) отвал срезает грунт (показано жирной линией) до образования призмы волочения и транспортирует ее к месту выгрузки на насыпь (кавальер) со скоростью vп. При перемещении материала машинист продолжает набирать грунт в призму Рис. 1.7. Рабочий цикл бульдозера при разработке грунта траншейным способом:

I … vI — операции волочения, так как неизбежны утечки его в боковые валики. После этого машина останавливается (III ) для разгрузки и подъема отвала на 200 … 300 мм над поверхностью дна траншеи и включения задней передачи. Холостой ход (Iv ) бульдозера выполняют со скоростью vз. Последняя операция цикла — остановка (v ) машины для включения передней передачи и опускания отвала. Опытные машинисты совмещают переключение передач и рабочие движения рабочего оборудования.

После этого рабочий цикл повторяют (vI). В процессе движения бульдозер проходит длину траншеи Lт и путь по кавальеру lк. Средний путь транспортирования lп — это расстояние между центрами тяжести поперечных сечений траншеи (точка о2) и кавальера (точка о1).

Рабочий цикл бульдозера- рыхлителя состоит из операций рыхления передним ходом, остановки для переключения передачи назад и выглубления рабочего органа, обратного хода машины и остановки для вклю- чения передней передачи.

Рабочий цикл бульдозера-рыхлителя начинается с момента движения вперед (I ) заглубленного в грунт зуба (рис. 1.8).

Рабочим ходом (II ) считается операция рыхления дна траншеи или котлована от начала до конца. При остановке (III) включают задний ход и выглубляют рыхлитель. Движение машины назад называется холостым ходом (Iv ). Затем следует остановка для переключения передач и заглубления рабочего органа (v ).

При рыхлении рабочий цикл повторяют по параллельно смещенной траектории. Нередко рыхление совмещают с уборкой отделенного от земляного массива грунта бульдозером. В этом случае после окончания рыхления разрабатывают грунт бульдозером по рассмотренному циклу (операции vI, vII, vIII, IX, X ), причем в зависимости от глубины разрыхленного слоя может быть целесообразна уборка материала не одним, а несколькими рабочими циклами бульдозера. Так образуется рабочий цикл бульдозера-рыхлителя.

К подготовительным работам, выполняемым бульдозером, относятся:

срезка дерна — осуществляется отвалом бульдозера, заглубленным в грунт на 0,2 … 0,3 м, перемещающим срезанные пласты дерна;

расчистка местности от кустарника и мелколесья — проводится отвалом бульдозера, заглубленным в грунт на 0,1 … 0,2 м;

Рис. 1.8. Рабочий цикл бульдозера-рыхлителя при отрывке траншеи и котлована с предварительным рыхлением:

I … Х — операции корчевка деревьев — выполняется поднятым на максимальную высоту отвалом;

корчевка пней — требует предварительной подрезки корней, после чего производится их удаление поднятым отвалом;

пробивка трасс и первоначальных дорог;

окучивание и подчистка грунта при работе экскаватора и др.

Для эффективной работы бульдозера тяговое усилие базовой машины должно быть переменным, близким к максимальному, которое сначала расходуется на зарезание и снятие стружки, а затем на перемещение призмы волочения грунта отвалом. Меняя при установке положение отвала, можно уменьшить или увеличить усилие резания, соответственно увеличить или уменьшить скорость рабочего хода машины, а также в известных пределах и мощность ее двигателя.

1.5. ВСкРышные Работы С пРименением На вскрышных работах бульдозеры выполняют весь комплекс процессов от выемки породы в забое до укладки ее в отвал либо производят только выемку, а транспортирование и отвалообразование осуществляются другими машинами. В качестве основного оборудования на вскрышных работах бульдозеры применяют чаще всего при разработке с раздельной выемкой песков. Мерзлые по- роды подготавливают к выемке путем естественной оттайки, реже — буровзрывным рыхлением. В последнем случае производительность бульдозера снижается на 25 … 30 %.

При бульдозерной разработке различают системы вскрышных работ в зависимости от порядка перемещения забоя (с постоянным или поблочным перемещением), направления заездов бульдозера или вида выезда из разреза. Если глубина разработки не превышает 4 м, то выполаживают весь борт разреза, устраивая из него сплошной выезд. При большей глубине целесообразно устройство отдельных выездов с расположением их через 40 … 60 м по длине разреза. Сплошные и отдельные выезды могут быть за пределами разреза, полностью или частично внутри него.

В последних двух случаях в конце вскрышных работ остается целик пород вскрыши, который вынимают на заключительной стадии.