По типу управления отвалом различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением (встречаются крайне редко). При гидравлическом управлении возможно принудительное заглубление отвала. На толкающих брусьях отвал установлен шарнирно и с помощью раскосов можно изменять угол резания в пределах 45-60°. На бульдозерах с гидравлическим управлением иногда один из раскосов выполняют в виде гидроцилиндра, которым машинист, не выходя из кабины, может устанавливать перекос отвала в поперечной плоскости до 4-12° в обе стороны. Поперечный откос отвала дает возможность бульдозеру разрабатывать прочные и подмороженные грунты, обеспечивая их срезание боковым концом отвала. Наиболее часто на бульдозерах устанавливают прямые неповоротные (рис. 8.13, а) и поворотные (рис. 8.13, б) отвалы. У бульдозеров с неповоротным отвалом угол в плане между отвалом и осью машины (угол захвата) всегда равен 90°. У бульдозеров с поворотным отвалом (их иногда называют универсальными) положение отвала в горизонтальной плоскости (в плане) изменяется на угол 25—30°. Поворотный отвал всегда ниже, но длиннее неповоротного, так как в повернутом положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют его для планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит с отстающего конца отвала в виде бокового валика), для засыпки траншей, разравнивания валов, кавальеров и других работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах, так как колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки.

Сферические отвалы (рис. 8.13, в), состоящие из трех или пяти секций, которые установлены под углом 10—15° одна к другой, набирают грунта на 15-20% больше, чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяют для работы с кусковыми и сыпучими материалами при мощности базовых машин более 130 кВт. Совковый отвал (рис. 8.13, г) имеет развитые боковые щитки и применяется при перемещении сыпучих и малопрочных материалов на большие расстояния (до 150 м).

Рис. 8.13. Основные типы отвалов бульдозера:
о — прямой; б— поворотный; в — сферический; г — совковый; д — с боковыми рыхлящими зубьями; е —
короткий толкающий; 1 — лобовой лист; 2 — боковые щитки; 3 — боковые ножи; 4 — открылки;
5 — средние ножи; 6 — угловые ножи; 7 — выдвижные зубья

Отвал с рыхлящими боковыми зубьями (рис. 8.13, д) применяют в крепких каменистых и мерзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50 кВт и на колесных бульдозерах мощностью не менее 220 кВт. Короткий прямой отвал (рис. 8.13, ё) снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах, помогающих загружать скреперы.

Также используют бульдозерные отвалы с двумя отвальными поверхностями для работы передним и задним ходом, отвалы с обратным расположением отвальной поверхности — для работы «от стенки», шарнирно-сочлененные из двух половин для прокладки временных путей и др. Области применения бульдозеров расширяются специальными приспособлениями к отвалам: откосники, открылки, уширители, выступающие средние ножи, челюстные захваты, канавные наставки и др.

Бульдозеры часто снабжают рыхлителями, навешиваемыми сзади на базовый трактор. Такие бульдозеры-рыхлители являются удобным технологическим агрегатом, производящим как послойное рыхление массива крепкого грунта, так и последующее его перемещение. Базовый трактор в бульдозерно-рыхлительных агрегатах лучше уравновешен, а следовательно, создаются лучшие условия для работы ходового оборудования.

Разнообразие видов работ, выполняемых бульдозерами общего назначения, а также широкая номенклатура сменного рабочего оборудования и приспособлений к ним делают бульдозер универсальной машиной, незаменимой на любой стройке. На земляных работах в настоящее время бульдозеры выполняют 30—40% общего объема работ.

Мощность двигателей современных бульдозеров 15-600 кВт на гусеничном или колесном тракторе и до 1200 кВт для бульдозеров на специальных тягачах.

Бульдозеры применяют для возведения насыпей высотой до 1,0 м и нижних частей более высоких насыпей из грунта боковых резервов. Можно перемещать грунт при отсыпке насыпей из боковых резервов или при разработке выемок в продольном перемещении. Грунты из резервов в насыпь можно перемещать не только в поперечном, но и в продольном направлении, что позволяет возводить насыпи переменной высоты. От продолжительности этих операций и степени использования мощности двигателя зависит производительность бульдозера.

Зависимость производительности бульдозера на грунтах II—й категории от дальности перемещения грунта и мощности двигателя показана на рис. 8.14. Мощные бульдозеры имеют большую производительность, но реализовать все свои возможности они могут на объектах с большим объемом работ.

Рис. 8.14. Зависимость производительности бульдозеров от дальности транспортирования грунта и мощности двигателя: 1 – 220 кВт; 2 – 135 кВт; 3 – 105 кВт; 4 – 65 кВт П, м3/ч 600

Рис. 8.15. Элементы рабочего цикла разработки и перемещения грунта бульдозером

Полный рабочий цикл бульдозера состоит из внедрения отвала в грунт, набора призмы волочения — копание грунта, перемещения его к месту укладки (рабочий ход), в забой (холостой ход) (рис. 8.15). Наиболее распространенной схемой цикличной работы бульдозера является челночная схема, при которой обратный (холостой) ход выполняют задним ходом без разворота машины.

Копание осуществляется на максимальной рабочей скорости на прямолинейных участках движения бульдозера стружкой возможно большей толщины. Наибольшая производительность машины может быть достигнута при копании под уклон.

Увеличение производительности бульдозеров при работе под уклон по сравнению с работой на горизонтальном участке характеризуется следующими данными: на горизонтальных участках — 100%; с уклоном 10%о — 150-200%; с уклоном 20%о — до 250%; на участках с подъемом 10% — 60-70%. Бульдозер может работать на участках с уклоном до 30%о, двигаясь при зарезании грунта сверху вниз и поднимаясь в гору задним ходом.

При копании легких грунтов, когда тяговые усилия трактора недоиспользуются, разработку ведут прямоугольной стружкой (рис. 8.16, а) при постоянной небольшой глубине зарезания. Кроме того, такую схему копания используют, когда по условиям производства работ требуется срезать относительно небольшой слой грунта. В этих случаях мощность силовой установки используется только на 50-70%.

Клиновая форма стружки образуется при разработке грунтов I—II категорий (рис. 8.16, б), а гребенчатая форма стружки (рис. 8.16 в, г) — при разработке твердых и пересохших грунтов. Опыты СоюзДорНИИ показали, что в этом случае сокращается путь набора грунта до 40% и объем грунта перед отвалом увеличивается до 10%. Использование мощности силовой установки при клиновой и гребенчатой схемах зарезания составляет до 100%. В табл. 8.5 приведены рекомендуемые толщины стружки и длины пути набора грунта.

Рис. 8.16. Схемы стружек грунта, срезаемых бульдозером при работе в различных условиях (стрелкой показано направление движения бульдозера): а — прямоугольная; б — клиновая; в — гребенчатая

Гусеничный движитель по сравнению с колесным обеспечивает большую силу тяги при одинаковой мощности двигателя, но колесный развивает большие скорости. В зависимости от условий работы, мощности двигателя и типа отвала копание грунта производят на скоростях 2,5-3,5 км/ч для гусеничного и 3,5-5 км/ч для колесного бульдозеров.

Одно из направлений повышения производительности бульдозеров — совершенствование рабочего органа. Так, например, оснащение отвала выступающим средним ножом позволяет увеличить производительность на 25-40%. Рациональная ширина выступающей части составляет 0,16-0,33 ширины отвала.

Однако применение такой конструкции отвала на сыпучих и переувлажненных грунтах преимуществ не дает. Они эффективны при разработке грунтов II—III категорий, подмороженных грунтов, некоторых горных пород типа мела и известняка, а также на вскрышных карьерных работах.

Компенсировать недостаточное число мощных машин позволяет временное объединение отдельных машин в единый функциональный агрегат.

Последовательное (тандемное) соединение двух бульдозеров обеспечивает концентрацию силы тяги на стандартном отвале. Такой агрегат эффективно разрабатывает прочные грунты.

Производительность бульдозеров в значительной степени зависит от дальности перемещения грунта.С ее увеличением потери грунта в боковые валики возрастают, что снижает производительность. Так, при транспортировании грунтов I—III категорий (кроме сухого песка) на расстояние 40 м сменная производительность машины в 2,2 раза выше, чем при транспортировании этих грунтов на расстояние 100 м.

Перемещение грунта на короткие расстояния или подъем производятся на первой передаче трактора, а при более значительных расстояниях — на второй передаче.

Перемещение рекомендуется производить:
при дальности перемещения до 50 м — по траншейной схеме без промежуточного валика (рис. 8.17, а, б);
при дальности перемещения 50-100 м — по траншейной схеме с накоплением в промежуточных валиках (рис. 8.17, в).

Рис. 8.17. Схемы перемещения грунта бульдозерами:
а — траншейная (в материке грунта); б — траншейная между насыпными валиками; в — с промежуточны валиками; г — спаренными бульдозерами

Траншейная схема имеет две разновидности: перемещение грунта по траншее, устроенной в материковом грунте, и по траншее между валиками ранее осыпавшегося грунта из призмы волочения. Первую схему чаще применяют при разработке грунта бульдозерами в выемках глубиной 1,0-1,5 м. Для этого машина проходит многократно по одному и тому же следу, срезая грунт по пути своего движения. Высота траншеи составляет 0,4—0,6 м.

Перемещение грунта по траншее между валиками грунта используют в тех случаях, когда бульдозеры транспортируют грунт, ранее разработанный другими землеройно-транспортными машинами. При этом не производится срезание грунта по пути следования бульдозера. Захватывая грунт из отвала или насыпи, они перемещают его постоянно по одному пути между валиками высотой до 0,6 м, образующимися из грунта, потерянного в первых рейсах.

Метод перемещения грунта с устройством промежуточных валиков заключается в следующем. На пути транспортирования грунта через каждые 20-30 м намечают участки для накопления грунта в промежуточных валиках. Вначале грунт перемещают бульдозерами в первый валик, затем — во второй, далее в третий и т. д. При этом увеличивается число холостых проходов машины, но при каждом рабочем проходе он перемещает максимальный объем грунта вследствие уменьшения его потерь на коротких участках транспортирования.

Недостатки траншейной разработки заключаются в необходимости перемещения грунта только в одном направлении, повышенном расходе мощности на транспортирование грунта и, как следствие этого, увеличение расхода горючего. Кроме того, при работе траншейным способом увеличивается интенсивность изнашивания деталей гусеничного хода тракторов, так как на них попадает грунт с валиков или откосов траншеи.

Повышение производительности бульдозеров за счет уменьшения потерь грунта достигается также увеличением объема отвалов, К отвалам крепят дополнительные лобовые щитки, уширители и открылки. Лобовые щитки приваривают к верхней части отвала для увеличения его высоты, что предотвращает осыпание грунта через отвал. Установка на отвал щитков высотой 300—350 мм позволяет увеличить объем отвала на 10—15%.

Уширители и открылки, изготовляемые в виде щитков, крепят к боковым стенкам отвала, устанавливая их параллельно или под некоторым углом к продольной оси бульдозера. Применение уширителей и открылок позволяет увеличить объем перемещаемого грунта в 1,7-1,8 раза.

Производительность бульдозеров, оснащенных сменными отвалами, конструкция которых позволяет увеличить объем призмы волочения и сократить потери грунта в боковые валики, показана на рис. 8.18.

Эффективным средством борьбы с потерями грунта является перемещение грунта одновременно несколькими бульдозерами (см. рис. 8.16, г). Эту схему применяют при достаточно широком фронте работ или при планировке широких площадей. На производительность бульдозера оказывает влияние расстояние между торцами отвалов. Оно не должно превышать 30-50 см при работе со связными грунтами и 15-30 см — с несвязными.

Рис. 8.18. Производительность бульдозеров, оснащенных отвалами различной конструкции:
1,4 — соответственно сферическим и плоским отвалом (N= 275 кВт); 2, 3 — тоже, N= 180кВт

В работе могут участвовать одновременно до четырех бульдозеров. Одновременная работа нескольких бульдозеров требует четкой организации труда и высокой квалификации операторов, так как необходимо тщательно поддерживать одинаковую скорость участвующих в работе бульдозеров и равномерную их загрузку. Снижение скорости или остановка одного из бульдозеров нарушает эффективность работы других машин.

Примерами агрегатирования двух бульдозеров является их параллельное соединение («бок о бок»). Объединение машин может быть осуществлено шарнирными балками, а отвалов — шарниром или гибкими связями. Машины легко разъединяются для раздельного использования, ремонта или транспортирования.

Параллельное соединение увеличивает объем призмы волочения не в 2, а в 3-3,5 раза по сравнению с объемом одиночного бульдозера, а также позволяет на 20-40% увеличить рациональную дальность транспортирования грунта.

Укладку перемещаемого грунта бульдозером в тело земляного полотна производят слоями или отдельными объемами грунта, равными призме волочения. Наибольшее распространение получил послойный способ, который заключается в следующем. Во время движения отвал бульдозера поднимают на высоту 15—30 см и распределяют грунт ровным слоем. Этот способ называют укладкой «от себя».

При другом способе послойного распределения оператор, доставив грунт к месту укладки и не останавливая бульдозера, быстро поднимает отвал на высоту 1,0-1,5 м и продвигается вперед. После этого останавливает машину, опускает отвал на определенную высоту, включает заднюю передачу и, двигаясь задним ходом, тыльной стороной отвала разравнивает призму грунта. Описанный способ укладки называется укладкой «на себя».

Укладку грунта отдельными объемами применяют в том случае, когда требуется уложить более толстые слои. Доставленный грунт оставляют в виде отдельных куч, прижатых одна к другой свободно, в полуприжим и в прижим. Свободная укладка (рис. 8.19, а) — отдельные объемы грунта (призмы волочения) высотой 0,6—0,7 м касаются друг друга основаниями; после разравнивания получают слой высотой 0,25-0,30 м.

При укладке грунта в полуприжим (рис. 8.19, б) высота призм волочения равна 0,7-0,9 м. После их разравнивания формируют слой толщиной 0,4-0,6 м.

При укладке грунта в прижим (рис. 8.19, в) высота призм волочения достигает 1,0-1,2 м. После их разравнивания получают слой 0,6-0,8 м.

Рис. 8.19. Схема укладки грунта:
а — свободная; б — в полуприжим; в — в прижим; h — толщина слоя грунта после разравнивания призм волочения

После завершения операции по освобождению отвала от грунта бульдозер возвращают в резерв (забой). Если дальность перемещения грунта не более 50 м, то машина возвращается в исходное положение задним ходом (без разворота). При большей дальности целесообразно возвращаться после разворота на максимально возможной передней передаче.

Каждый слой грунта, укладываемый в насыпь, должен быть спланирован бульдозером или автогрейдером с приданием ему поперечного профиля, обеспечивающего водоотвод, и уплотнен до требуемой степени плотности. Только после этого можно укладывать в насыпь следующий слой грунта.

Разработку выемок начинают с участков, наиболее близких к возводимой насыпи. Как правило, выемки разрабатываются ярусами (при укладке грунта в полуприжим) (рис. 8.20). В насыпь грунт распределяют от откосов к оси дороги. В зависимости от очертаний и размеров выемки и технических возможностей бульдозера определяют число ярусов и траншей, по которым перемещают грунт.

Каждый ярус на всю ширину и длину выемки разрабатывают продольными траншеями с оставлением между ними перемычек (стенок) шириной до 1 м. Траншею постепенно заглубляют с уклоном 80-120%о в сторону насыпи, что позволяет увеличить производительность бульдозера. Стенки срезают после разработки верхнего яруса траншеи по всей ширине выемки, начиная от края выемки, участками по 3-5 м, а срезанный грунт по траншее перемещают к месту укладки.