Если кромка ножа отвала бульдозера остается под прямым углом к движению тягача и изменение этого угла не предусмотрено, такой бульдозер называют бульдозером с неповоротным отвалом; если же конструкцией машины предусмотрена возможность изменения этого угла (обычно до 60—65° в одну и другую сторону), то такой бульдозер называют бульдозером с поворотным отвалом. Таким бульдозером можно перемещать грунт не только вперед, но и в сторону, что широко применяется при засыпке траншей и разгрузке платформ железнодорожных вагонов. При этом бульдозер двигается вдоль траншеи или платформы. Бульдозер с поворотным отвалом также применяют при планировочных работах.

Неповоротный отвал бульдозера устанавливают на двух толкающих балках, шарнирно соединенных с цапфами кронштейнов, устанавливаемых на раме тягача. Соединение отвала с толкающими балками может быть неразъемным или разъемным. Неразъемное соединение применяют на бульдозерах малой и средней мощности. При этом толкающие балки и отвал бульдозера образуют жесткую неразборную металлоконструкцию, представляющую собой в плане букву П. Преимуществом такого крепления является простота изготовления, недостатком — невозможность изменять угол резания.

Разъемное соединение обычно применяют на бульдозерах большой мощности, и выполняют его при помощи пальцев и проушин. Относительная жесткость конструкции обеспечивается специальными связями-распорами в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Угол наклона отвала обеспечивается изменением длины этих распоров, производимым с помощью резьбового соединения и перестановкой пальцев в различные проушины. На некоторых бульдозерах в качестве распоров применяют гидроцилиндры. Изменяя длину распоров и соединяя их с различными проушинами, получают нужные наклон отвала и угол резания.

Универсальные бульдозеры отличаются тем, что их отвал может быть установлен наклонно к плоскости касания колес для работы на косогорах или планировки наклонных плоскостей.

В простейших конструкциях машин изменение угла поворота отвала производят на стоянке, путем перестановки шкворней и регулировки резьбовых соединений. Мощные бульдозеры более совершенных конструкций снабжают дополнительными гидравлическими цилиндрами наклона отвала, позволяющими на ходу изменять угол между кромкой ножа и плоскостью касания колес тягача.

Толкающие балки бульдозера с поворотным отвалом вместе с фасонной балкой образуют жесткую раму, спереди которой при помощи шарового шарнира и двух распоров крепится отвал. На раме, с каждой ее стороны, имеется по три отверстия. Соединяя распоры с разными отверстиями на раме, можно установить отвал в три различные положения.

Существенным недостатком такого крепления отвала является необходимость значительного выноса последнего вперед перед тягачом, что вызывает ухудшение в расположении центра тяжести машины. С целью частичного устранения этого недостатка применяют поворот отвала вокруг одного из боковых шарниров, вставляя при этом распорку между другим шарниром рамы и отвала; отвал располагается ближе к тягачу, чем это имеет место при раме с шаровым шарниром.

Толкающие балки размещают либо с внешней стороны передних колес, либо с их внутренней стороны, между колесами и рамой тягача. Во избежание задевания и трения толкающих балок о детали тягача иногда устанавливают направляющие ползуны или ролики.

Внутреннее расположение толкающих балок позволяет создать более легкую и более компактную конструкцию чем та, которая получается при внешнем их расположении. При этом уменьшаются размеры кронштейна цапф толкающих балок и улучшаются условия работы отвала на изгиб, так как уменьшается расстояние между опорами. Поэтому желательно при проектировании тягачей предусматривать соответствующие зазоры между передними колесами и рамой для размещения толкающих балок бульдозерного оборудования.

В качестве главного параметра бульдозера и других видов толкающего оборудования следует принимать тяговое (толкающее) усилие, которое может развить тягач с навесным оборудованием на плотном грунте при буксовании не свыше 20% (для гусеничных машин не свыше 7%).

Скорость при этом должна быть 3,0—4,0 км/ч (для гусеничных 2,5—3,0 км/ч).

По номинальному тяговому усилию бульдозеры разделяются на сверхтяжелые с номинальным тяговым усилием свыше 30 Т, тяжелые — 20—30 Т, средние 13,5—20 Т, легкие 2,5—13,5 Т и малогабаритные или сверхлёгкие менее 2,5 Т.

Наиболее типичной и часто встречающейся работой бульдозера является копание грунта, его перемещение и укладка. В начале этого рабочего цикла нож заглубляется под действием силы тяжести отвала, а при гидравлическом управлении — под действием и некоторой части силы тяжести самого тягача. При этом возникает сопротивление резанию. Срезаемый грунт (стружка) движется по ножу, по отвалу и сваливается перед отвалом, образуя так называемую призму волочения. Перемещение грунта, находящегося на отвале, оказывает сопротивление, называемое сопротивлением перемещению призмы волочения.

Таким образом, в период резания грунта бульдозером возникают сопротивления резанию и сопротивления перемещению призмы волочения. В сумме они не должны превышать толкающее (тяговое) усилие тягача. В начале резания происходит интенсивное заглубление ножа й резкое увеличение сопротивления резанию. Призма волочения при этом возрастает, интенсивность ее роста зависит от толщины стружки. Следующий этап резания грунта бульдозером характерен работой, при которой тягач развивает наибольшее толкающее усилие, необходимое для преодоления все возрастающего сопротивления призмы волочения и убывающего соответственно на такую же величину сопротивления резанию. На этом участке бульдозерист следит за буксованием колес, по слуху определяет степень загрузки двигателя и частичным вы-глублением ножа предупреждает остановку двигателя или чрезмерное буксование колес. Нагрузка на двигатель тягача при этом резко меняется. Колебания нагрузки во многом зависят от навыков и внимания бульдозериста. Кривая загрузки на рис. 5, г показывает желательный характер изменения сопротивления. В конце участка III на кривой наступает такое соотношение двух рассмотренных сопротивлений, при котором толщина стружки и интенсивность наполнения отвала столь малы, что дальнейшая работа становится нецелесообразной. В конце участка III происходит выглубление ножа и установка его на уровень поверхности грунта.

После этого выполняется транспортировка грунта, при которой преодолеваются сопротивления перемещению призмы волочения.

При установке отвала на небольшую высоту и продолжительном поступательном движении бульдозера грунт отсыпается ровным слоем по высоте кромки ножа над поверхностью. Насыпь высотой до 1 м возводят одновременным подъемом отвала и остановкой тягача. При этом грунт, находящийся между отвалом и возводимой насыпью, поднимается на высоту сооружаемой насыпи. Насыпь высотой 1—3 м возводят так же, с той лишь разницей, что тягач частично поднимается по склону насыпи.

Холостой ход обычно выполняют задним ходом тягача, поэтому последний должен иметь достаточно высокие транспортные скорости заднего хода.

При перемещении грунта бульдозером возникают дополнительные сопротивления: сопротивление трения грунта вдоль отвала при установке его под углом, более интенсивное трение внутри призмы грунта при резании во время заглубления и вы-глубления отвала, сопротивление при срезании неровностей грунта или задевании отвала за стенки траншеи и трении грунта о них при транспортировке. Поэтому для расчета тягача можно принимать сопротивление перемещению призмы волочения равным силе тяжести грунта, содержащегося в этой призме: Wnp = Q.

Форма отвала существенно влияет на работу тягача. Рассмотрим основные преимущества и недостатки отвалов различных профилей поперечного сечения. На рис. 6, а изображен профиль цилиндрического отвала с большим радиусом закругления, установленного вертикально. Конструкция такого отвала облегчает разгрузку грунта, а также подъем и опускание самого отвала. Однако эта конструкция имеет и существенный недостаток, заключающийся в том, что она имеет слишком большой угол резания, при котором происходит смятие разрабатываемого грунта. Удовлетворительно работать отвал такой конструкции может лишь при планировке свежеотсыпанного или слабого грунта. Если же этот отвал с целью уменьшения угла резания и улучшения условий резания наклонить назад, то при этом будет происходить пересыпание грунта через отвал, а при разгрузке грунт будет оставаться в отвале, выглубление отвала и его подъем потребует больших усилий в механизмах управления.

Установка ножа под малым углом резания в сочетании с вертикально установленным отвалом большого радиуса закругления создает хорошие условия резания с хорошим выглуб-лением и разгрузкой: однако при этом не соблюдаются условия хорошего отвода стружки, затрачивается энергия на ненужное дробление стружки.

Уменьшение радиуса закругления отвала создает хорошие условия для резания и движения стружки, но при работе такого отвала наблюдается плохая разгрузка, получается малая высота отвала и его емкость, труднее производить выглубление отвала.

Отвал бульдозера должен иметь форму, при которой грунт, отделённый ножом может двигаться в виде стружки по его поверхности.

В тех случаях, когда форма отвала не соответствует направлению стружки, происходит залипание отвала грунтом; стружка, согласно исследованиям А. А. Яркина, проходит сквозь грунт, фонтанируя.

Очевидно в первом случае, когда происходит трение грунта о металл, отвал является более совершенным и менее энергоёмким.

Опытом установлено, что наиболее рациональным универсальным поперечным профилем неповоротного отвала является профиль переменного радиуса при большой кривизне внизу у ножа. Такой отвал обеспечивает лучший угол резания и хороший отвод стружки при меньшей кривизне в верхней части отвала, обеспечивает достаточную высоту последнего.

Наибольший угол поворота отвала в вертикальной плоскости для бульдозеров с неповоротным отвалом принимают равным в пределах 3—5°, а в бульдозерах с поворотным отвалом его делают несколько большим.

При работе с бульдозерным оборудованием на тягач действуют силы натяжения полиспаста (или гидравлических цилиндров) и силы, действующие в упряжном шарнире. Они определяются силами тяжести отвала и толкающих балок или рамы и реакции грунта. Реакцию грунта удобно рассматривать состоящей из двух составляющих: горизонтальной PQ1 и вертикальной Р02. Первая составляющая всегда направлена в сторону, противоположную движению тягача, вторая при заглублении отвала обычно направлена вверх, а при выглублении — вниз. При равномерном резании эта последняя (вертикальная) составляющая в зависимости от свойств грунта, степени затупления ножа, угла резания и заднего угла может быть направлена вверх или вниз, достигая при этом значительной величины. Вертикальная составляющая реакции грунта, направленная вниз, воспринимается гидроцилиндрами или полиспастом; вертикальная же составляющая реакции грунта, направленная вверх, воспринимается силой тяжести отвала при канатном управлении или силой тяжести отвала и частью силы тяжести тягача при гидравлическом управлении.

Детали тягача и бульдозерного оборудования рассчитываются из условия вывешивания передней части тягача при гидравлическом управлении отвалом и из условия вывешивания задних колёс тягача при канатном и гидравлическом управлениях.

Глубина срезаемой бульдозером стружки регулируется в зависимости от степени загрузки двигателя при разработке грунта, а при планировке, кроме того, в зависимости от рельефа местности. Обычно эту регулировку выполняет бульдозерист, пользуясь наблюдением за работой двигателя (главным образом по слуху).

При этом следует учитывать, что глубина резания может резко меняться помимо воли бульдозериста.

В самом начале резания нож внедряется под действием силы тяжести отвала и затем под действием стружки. По мере внедрения давление стружки на нож увеличивается, что помогает его дальнейшему внедрению. Сила тяжести грунта, находящегося на отвале, также способствует заглублению ножа. Таким образом, в начале заглубления передние колеса тягача разгружены (рис. 54, а) и часть силы тяжести тягача передается на грунт через нож бульдозера. В конце наполнения отвала эти усилия достигают максимального значения вследствие увеличения количества грунта на отвале и в особенности в результате значительного увеличения вертикальной составляющей резания. Очевидно, чем меньше база тягача и чем лучше он подрессорен или чем ниже давление в шинах, тем более интенсивны его раскачивания в вертикально-продольной плоскости, тем менее ровная поверхность получается при планировке, тем чаще потребуется бульдозеристу производить подъем и опускание отвала, тем труднее ему работать и тем быстрее произойдет износ тягача, бульдозерного оборудования и в первую очередь системы управления отвалом.

Существенное значение имеет также расстояние ножа от оси передних колес, так как с уменьшением этого расстояния улучшается устойчивость бульдозера

Чтобы не допустить вредных для работы бульдозера «клевков» и сохранить преимущества тягача, получаемые от применения баллонов низкого давления и короткой базы (проходимость и маневренность), применяют ограничители глубины резания, устанавливаемые впереди или позади отвала. Аналогичный результат можно получить посредством установки системы управления повышенной мощности и надежности.

На отвалах с толкающими брусьями по краям с тыльной стороны устанавливают две тарельчатые опорные лыжи, которые во время остановки можно регулировать по высоте и фиксировать в заданном положении. Лыжи могут быть установлены ниже режущей кромки ножа и выше ее. Установку выше режущей кромки ножа применяют при необходимости отсыпать грунт небольшим слоем.

Рассматривая приведенные на рис. 55 положения лыжи, нетрудно убедиться, что лыжа, установленная выше режущей кромки ножа, не может препятствовать его бесконечному заглублению и не дает горизонтальной поверхности заглубления. Лыжа, установленная на уровне режущей кромки или ниже ее, не позволяет производить резание, она только предохраняет машину от резкого продольного раскачивания.

Установка лыж позади отвала оказывается малоэффективной, и поэтому на колесных бульдозерах в основном применяют лыжи, установленные впереди отвала. Полоз лыжи и кронштейны для облегчения конструкции изготовляют коробчатыми или трубчатыми. Инженеры А. М. Шарновский и Б. Д. Зеньковский считают, что масса лыжи с кронштейнами не должна быть более 0,1 массы отвала.

Высота установки лыжи определяет толщину срезаемой стружки, интенсивность работы и загрузку двигателя тягача. Изменение такого решающего параметра желательно производить с места водителя, но для этого требуется предусматривать в конструкции бульдозеров дополнительные органы управления.

Прежде всего тягач должен развивать высокие толкающие усилия и достаточно высокие транспортные скорости при движении не только вперед, но и назад.

На тягаче должна быть обеспечена хорошая обзорность, т. е. видимость отвала и грунта, накапливающегося на отвале.

Вся машина должна обладать высокой продольной стабильностью, т. е. устойчивостью против продольною покачивания при изменении величины и направления вертикальной составляющей реакций грунта на нож и отвал.