Рабочий процесс бульдозера состоит из операций копания, перемещения и разравнивания грунта. При копании режущая часть отвала заглубляется в грунт и одновременно бульдозер движется вперед. Вырезаемый со дна забоя грунт накапливается перед отвалом, образуя призму волочения. По достижении призмой грунта высоты отвала последний выглуб-ляется и бульдозер перемещает эту призму к месту разгрузки. Далее производится разравнивание этой призмы грунта. Для этого, не прекращая движения, отвал несколько приподнимается. Операция разравнивания может производиться и при движении бульдозера в обратном направлении. Для этого на месте разгрузки бульдозер несколько сдает назад, отвал приподнимается и затем движением всей машины вперед заводится за призму грунта, а затем опускается до нужного уровня. После этого включается задний ход, во время которого и происходит разравнивание грунта.

По назначению бульдозеры разделяются на машины общего назначения, т. е. предназначенные для выполнения разных работ, и на машины специального назначения.

Рис. 1. Универсальный бульдозер с канатным управлением:
1 — лебедка; 2 — направляющий блок; 3 — трактор; 4 — подъемник; 5 — полиспаст; — боковой толкатель; 7 — отьал; 8 — толкающие брусья рамы

Последние служат для каких-либо определенных видовработ- снегоочистки, работы на торфяных разработках.

По системе управления бульдозеры разделяются на машины с канатным и гидравлическим управлением. При канатном управлении подъем отвала осуществляется канатом, который наматывается на барабан тракторной лебедки, а опускание отвала производится под действием собственного веса. Устройство канатного управления показано на рис. 1. Лебедка обычно размещается в задней части трактора и приводится в движение от вала отъема мощности. Канат пропускается через направляющие блоки и затем через блоки полиспаста. Неподвижная обойма полиспаста укрепляется на раме тягача, а подвижная — на отвале.

Гидравлическое управление позволяет производить принудительное заглубление отвала в грунт, что особенно важно при работе на тяжелых грунтах.

Рис. 2. Бульдозер с гидравлическим управлением:
1 — отвал; 2 — гидроцилиндры; 3 — гидронасос; 4 — упряжной шарнир; 5 — толкающий брус рамы; 6 — лыжи

Система может включать в себя один или два гидроцилиндра двойного действия (рис. 43). Корпусы гидроцилиндров через стойки шар-нирно укреплены на раме трактора. При одном гидроцилиндре для этой цели обычно применяется универсальный шарнир. Штоки цилиндров укрепляются на раме бульдозера. Для подъема и опускания отвала используются гидроприводы с рабочим давлением 30—100 кГ/см2. Подвод масла к цилиндрам осуществляется резиновыми шлангами или металлическими трубками, свернутыми в виде компенсатора. Для ограничения опускания отвала служат лыжи.

Наклон отвала вперед или назад может осуществляться гидроцилиндрами или путем перестановки соответствующих упоров вручную.

На рис. 3 изображен профиль отвала бульдозера. Основными параметрами отвала являются: угол резания, который у существующих машин находится в пределах 40—75°; угол опрокидывания р = 30-80°; угол наклона е0 = 70-f-90°; угол установки козырька 6X; радиус кривизны отвальной поверхности R; высота отвала В; высота отвала с козырьком Вк\ длина прямой части отвальной поверхности а; длина отвала L.

Параметры отвала оказывают значительное влияние на сопротивление грунта копанию и волочению. При правильно выбранных параметрах сформированная при вырезании стружка грунта должна двигаться вверх по поверхности отвала и обрушиваться по направлению его движения, т. е. вперед. При неправильном профиле отвала могут иметь место случаи, когда грунт будет двигаться не по отвалу, а выпирать сквозь призму волочения, что значительно повысит необходимое тяговое усилие.

Сопротивления, связанные с отделением грунта от массива, снижаются с уменьшением угла резания, однако при этом возрастает сила, необходимая для заглубления отвала в грунт. Для формирования стружки грунта необходимо иметь какую-то минимальную призму волочения, поэтому на этот процесс влияет длина прямой части отвальной поверхности а. Последняя должна обеспечивать формирование стружки, после чего ее длина уже большого значения не имеет.

Обычно величина а выбирается равной высоте ножа, т. е. при проектировании ножа и крепления его к отвалу получается чисто конструктивно.

Рис. 3. Профиль отвала и схема его установки в плане

Длина отвала L должна превышать ширину машины не менее чем на 100 мм с каждой стороны. В случае бульдозеров с поворотным отвалом это требование должно удовлетворяться также и при повороте отвала на угол ср = 75°. Такая длина отвала обеспечит бульдозеру возможность работать в траншеях. Однако отвалы большей длины нежелательны, так как они приведут к снижению величины возможной удельной силы тяги, т. е. той силы тяги, которая приходится на единицу длины отвала, что затруднит работу бульдозеров на тяжелых грунтах. Вместе с тем, при проектировании отвалов следует предусмотреть возможность установки на них специальных удлинителей, что обеспечит большую производительность при работе их на легких грунтах.

Отвалы неповоротного бульдозера обычно по концам имеют приваренные щеки, которые предотвращают высыпание грунта и тем самым повышают его производительность. Эти щеки одновременно служат ребрами жесткости.

Необходимая для работы бульдозера сила тяги расходуется на преодоление следующих сопротивлений грунта: резанию Wt; перемещению его как вверх по отвалу W2, так и перед отвалом W3. В случае бульдозера с поворотным отвалом необходимо учесть также сопротивление, возникающее от перемещения грунта вдоль отвала, т. е. в сторону W4.

Удельное сопротивление грунта лобовому резанию составляет (в кГ/см2):
0,7—1,0
1,0—1,8
1,8—2,0

Это постоянное заглубление отвала в грунт необходимо учитывать при движении бульдозера на уклон, который может достигать i — 0,3 = 0,4. В этом случае (при полной загрузке отвала грунтом) необходимое тяговое усилие может оказаться выше, чем при заборе грунта в забое.

Для увеличения производительности во время забора грунта в забое необходимо стремиться к полному использованию мощности двигателя.

Такой режим работы бульдозера, где резание грунта производится при постоянном заглублении отвала в грунт, не отвечает этому требованию. Здесь, в начале процесса набора грунта, мощность двигателя недоиспользуется, а в конце двигатель оказывается перегруженным. Поэтому при рациональном режиме работы отвал вначале заглубляют на большую глубину, а затем, по мере образования призмы волочения, постепенно снижают толщину стружки. При такой работе бульдозера путь набора грунта снижается в 1,5 раза и полностью используется мощность двигателя. Хорошие результаты дает спаренная работа двух бульдозеров, движущихся таким образом, чтобы их отвалы являлись как бы продолжением друг друга и зазор между ними не превышал 0,3—0,4 м. В этом случае значительно снижаются потери грунта и производительность увеличивается еще за счет того, что находящийся между отвалами грунт также уносится вместе с призмой волочения. Работу одиночного бульдозера следует организовывать так, чтобы его движение происходило по одному следу. Тогда получающиеся по бокам валики грунта образуют своеобразную траншею, что снижает потери.

Рис. 4. Схема сил, действующих на бульдозер в начале подъема загруженного грунтом отвала

Производительность бульдозера можно повысить путем увеличения размеров отвала и снижения потерь грунта. Последнее может быть осуществлено путем постановки на концы отвала открылков и лобовых щитков.

Для расчета механизма подъема и основных частей бульдозера на прочность, а также для проверки его устойчивости необходимо выявить те силы, которые воздействуют на него во время работы.

Для расчета отдельных деталей и агрегатов бульдозерного оборудования на прочность (отвала, толкающих брусьев и т. п.) должны быть выявлены те максимальные усилия, которые могут возникнуть в отдельные моменты работы машины. При этом разным агрегатам соответствуют различные опасные моменты и положения рабочего оборудования, в связи с чем приходится рассматривать несколько расчетных схем.

Рис. 5. Схема сил, действующих на бульдозер

Вначале следует рассмотреть момент соответствующий окончанию процесса копания грунта, когда призма волочения уже сформировалась, но вместе с тем отвал еще заглублен на какую-то глубину. Предполагается, что работа производится на горизонтальном участке. Этот момент соответствует наибольшему сопротивлению. Схема сил, действующих на навесное оборудование при неповоротном отвале с канатным управлением в этот момент времени, представлена на рис. 45.

Наибольшее, т. е. расчетное значение силы подъема, может быть определено по мощности двигателя трактора. На эту силу следует рассчитывать полиспаст и детали рамы бульдозера.

Бульдозер с гидравлическим управлением осуществляет принудительное заглубление отвала. Максимальная сила, действующая по штокам гидроцилиндров, определяется из условия опрокидывания бульдозера относительно точки В (рис. 46). Значение этой критической силы заглубления можно найти из условия равновесия системы относительно этой точки. По найденной таким образом критической силе рассчитывается система гидравлического управления, а рабочее оборудование бульдозера проверяется на прочность.

В случае бульдозера с поворотным отвалом при угле захвата 0 < ц> << < 90° появляется еще боковая составляющая от результирующей силы копания. Эту боковую составляющую ^оз можно найти, пользуясь схемой на рис. 12, с учетом того, что результирующая Р03 действует в плоскости, перпендикулярной плоскости отвала. Боковая составляющая Р03 стремится повернуть бульдозер относительно вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести. Такому повороту препятствуют силы сцепления, развивающиеся между гусеницами машины и поверхностью грунта. Поэтому бульдозер следует проверить на устойчивость тем же методом, который был применен при проверке устойчивости кустореза.

Для расчета отдельных частей навесного оборудования бульдозера на прочность необходимо выбрать расчетные положения.

Основным расчетным положением может быть принято предположение внезапного наезда отвалом на непреодолимое препятствие. В этом случае полное буксование машины наступает прежде ее остановки. Поэтому максимальное тяговое усилие может быть определено по условию сцепления с учетом дополнительного действия инерционных сил. Учесть действие последних можно путем введения коэффициента динамичности. Таким образом, для определения развивающегося при таком наезде максимального усилия РВ1 — Тв может служить выражение.

При этом следуетрассмотреть два варианта: случай, когда отвал упирается в препятствие средней частью, и случай, когда отвал упирается в препятствие краем. Первое расчетное положение служит проверкой на прочность отвала, а второе — для расчета толкающих брусьев и подкосов. Схема для проверки на прочность отвала приведена на рис. 47, а. Внешняя сила Рп приложена посередине отвала в нижней его части. Поэтому следует считать, что эта нагрузка воспринимается только очерченным на схеме нижним поясом жесткости, момент инерции и момент сопротивления которого относительно осей инерции хх и гг может быть определен графоаналитическим способом.

Рис. 7. Схемы для расчета на прочность оборудования бульдозера

Если рама бульдозера с неповоротным отвалом образуется толкающими брусьями и отвалом (рис. 7, б), то рама бульдозера с поворотным отвалом состоит из двух соединенных между собой изогнутых брусьев, образующих как бы арку. Отвал присоединяется к раме с помощью имеющего сферическую головку шарнирного соединения. Положение отвала относительно шарнира фиксируется боковыми упорами. Худший случай будет соответствовать наезду на препятствие краем отвала, когда угол захвата равен 90°. Тогда этот край подвергается действию усилия, которое может быть определено по формуле.

Максимальное усилие, действующее на сферическую головку шарового шарнира рамы, найдется в предположении, что упор В не работает.